Dây chuyền trộn chiết rót đóng nắp chai: Luận văn tốt nghiệp sử dụng PLC S7-300 và WinCC

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, em đã nhận

được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị và các bạn. Với lòng

kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Ban giám

hiệu trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM và các thầy cô trong Khoa Điện đã dạy

bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong quá trình học tập và thực hiện

luận văn.

Em xin chân thành cảm ơn Ths Nguyễn Thành Phúc đã luôn quan tâm và nhiệt

tình hướng dẫn trong suốt quá trình em làm luận văn.

Xin chân thành cảm ơn những người thân đã giúp đỡ động viên trong quá trình

học tập và thực hiện khóa luận. Đồng cảm ơn thư viện trường Đại Học Công Nghiệp

TP.HCM đã cung cấp cho em tài liệu những kiến thức cơ bản về S7-300 và WinCC.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

TP.HCM, tháng 6 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Trọng Trung

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 1

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

TÓM TẮT

Trong khóa luận này sẽ đề cập đến thiết kế giao diện để điều khiển, giám sát và

thu thập dữ liệu từ xa cho mô hình trộn, chiết rót và đóng nắp chai. Giao diện được

thiết kế trên phần mềm WinCC của hãng Siemens với thiết kế đẹp mắt và đầy đủ các

tính năng cần thiết cho người vận hành cũng như người giám sát hệ thống. Khóa luận

cũng hướng dẫn cụ thể các bước để các bạn khóa sau có thể tham khảo lập trình trên

WinCC một cách dễ dàng. Một số đoạn chương trình lập trình theo ngôn ngữ Visual

C++ cơ bản kết hợp với ngôn ngữ lập trình Visual Basic hiển thị thông tin tính toán

biểu thức. Với các chức năng cần thiết, phân quyền người dùng trong WinCC, thiết kế

giao diện từ thư viện, tạo nút nhấn, hiển thị tín hiệu Analog Input hoặc Output, hiển thị

cửa sổ làm việc nhỏ trên cửa sổ lớn, chuyển đổi giữa các file ảnh khác nhau, tạo cảnh

báo Alarm hoặc xuất dữ liệu ra Excel …

Mô hình được điều khiển thông qua PLC S7-300 của Siemens đây cũng là loại

PLC cao cấp của Siemens sử dụng rộng rãi trong các khu công nghiệp tự động vừa và

lớn với yêu cầu ổn định và chất lượng cao. Mô hình điều khiển thiết kế đơn giản với 3

bồn thực hiện cấp nguyên liệu và trộn nhiên liệu, trong mô hình này sử dụng cảm biến

siêu âm để xác định mực nước trong bồn trộn và thu thập dữ liệu đưa về WinCC. Các

cảm biến khác bao gồm cảm biến quang để xác định vị trí chai, cảm biến từ xác định

vị trí xi lanh, cảm biến điện dung xác định mực nước trong chai và hệ thống khí nén

cũng được sử dụng.

Băng tải có thể điều chỉnh tốc độ bằng tay tuy nhiên các bạn khóa sau có thể nâng

cấp điều khiển tốc độ động cơ băng tải bằng Analog Ouput để phát triển đề tài. Do

nhiều khó khăn và kinh phí không cho phép nên mô hình chưa được hoàn thiện như

mong muốn. Hi vọng quý bạn đọc có thể tìm hiểu khóa luận này để có thể phục vụ cho

nhu cầu cần thiết của mình trong học tập hay trong quá trình đi làm tại các nhà máy có

sử dụng SCADA

Từ khóa tìm kiếm :

“Trộn; Chiết rót; Đóng nắp chai; S7-300; WinCC”

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 2

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay quá trình tự động hóa trong công nghiệp là hết sức quan trọng đối với

sự phát triển của một quốc gia. Với các nước phát triển như Mỹ, Nhật,…thì tự động

hóa không còn xa lạ và đã trở nên quen thuộc. Ở các nước này máy móc hầu như đã

thay thế lao động chân tay, số lượng công nhân trong nhà máy đã giảm hẳn và thay

vào đó là những lao động chuyên môn, những kỹ sư có tay nghề, điều khiển giám sát

trực tiếp quá trình sản xuất thông qua máy tính. Việc điều khiển qua màn hình HMI là

vô cùng cần thiết, giúp người vận hành có cái nhìn trực quan, tổng quát quá trình hoạt

động của toàn bộ dây chuyền sản xuất.

Một trong những ứng dụng giám sát đó là WinCC (Windows Control Centre), nó

giúp ta điều khiển và giám sát toàn bộ quá trình sản xuất thông qua máy tính mà không

phải trực tiếp xuống nơi sản xuất để quan sát. Những điều trên chứng tỏ tầm quan

trọng của việc ứng dụng WinCC trong lĩnh vực tự điều khiển động hóa. Việt Nam là

nước đang phát triển thì như cầu hiện đại hóa trong công nghiệp là điều hết sức quan

trọng đối với phát triển kinh tế cũng như như cầu công nghiệp hóa hiện đại hóa đất

nước.

Là sinh viên theo học chuyên ngành “Điện Công nghiệp” cùng những nhu cầu,

ứng dụng thực tế cấp thiết của nền công nghiệp nước nhà, em muốn được nghiên cứu

và tìm hiểu những thành tựu khoa học mới để có nhiều cơ hội biết thêm về kiến thức

thực tế, củng cố kiến thức đã học, phục vụ tốt cho sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại

hóa. Vì những lý do trên em đã chọn đề tài: “ Thiết kế điều khiển giám sát cho dây

truyền chiết rót, đóng nắp chai sử dụng Simatic S7-300 và WinCC”.

Khóa luận nhằm nắm vững kiến thức về lập trình với S7-300, mô phỏng quá trình

hoạt động của một hệ thống với WinCC.Nghiên cứu đề tài nhằm tích lũy kinh nghiệm,

học hỏi thêm kiến thức và phát huy tính sáng tạo, giải quyết vấn đề.Theo phương châm

học đi đôi với hành thì việc tạo ra một hệ thống mô phỏng dùng S7-300 và WinCC là

một yêu cầu cần thiết , đáp ứng được nhu cầu đặt ra.

Đề tài sử dụng S7-300 và WinCC trong tự động hóa thì rất rộng lớn, hầu hết các

nhà máy, xí nghiệp ứng dụng WinCC trong việc điều khiển, giám sát tất cả các khâu.

Nhưng trong đề tài này ta hạn chế là chỉ mô phỏng quá trình hoạt động của một hệ

thống nhỏ, chưa thể hoàn toàn theo sát với thực tế. Vì vậy vẫn còn nhiều vấn đề cần

được quan tâm giải quyết trong tương lai.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 3

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN

Sinh viên Nguyễn Trọng Trung có khả năng làm việc độc lập, mạnh dạn chọn

công nghệ mới để học và làm luận văn. Em Trung đã hoàn thành tốt luận văn của

mình, kết hợp với các sinh viên khác trong nhóm để thi công mô hình. Bên cạnh đó em

có khả năng tóm tắt vấn đề tốt, viết luận văn rõ ràng, làm việc nghiêm túc.

Sau khi bảo vệ cũng như sau khi nhận được nhận xét từ hội đồng, giáo viên phản

biên, sinh viên thực hiện cần chỉnh sửa luận văn. Mong rằng đây là tài liệu tốt cho các

thế hệ sau và những người quan tâm đến lĩnh vực của luận văn.

Điểm GVHD: 10

TP.HCM ngày 3 tháng 6 Năm 2017

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 4

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

...........................................................................................................................................

TP.HCM tháng 6 Năm 2017

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 5

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

MỤC LỤC

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ ........................... 13

1.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................... 13

1.2. Mục tiêu của đề tài ............................................................................................. 14

1.3. Ƣu điểm và thiếu xót khi thực hiện đề tài. ...................................................... 14

1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. ....................................................... 14

1.5. Phạm vi áp dụng: .............................................................................................. 15

1.6. Các chức năng chính của hệ thống .................................................................. 15

1.7. Các thiết bị chính trong mô hình ..................................................................... 15

1.7.1 Bộ nguồn ....................................................................................................... 15

1.7.2. Các thiết bị đóng ngắt và thiết bị bảo vệ .................................................. 15

1.7.3 Các loại cảm biến và cách đấu nối ............................................................. 17

1.7.4 Các loại động cơ điện ................................................................................... 23

1.7.5 Piston khí nén ............................................................................................... 24

1.7.6 Van từ ............................................................................................................ 25

1.7.7 Van khi nén . ................................................................................................ 25

CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ SIMATIC S7-300 ................................................ 26

2.1. Giới Thiệu Chung .............................................................................................. 26

2.1.1. Các modul PLC S7-300 .............................................................................. 27

2.1.2 Modul CPU .................................................................................................. 28

2.1.3 Modul mở rộng ........................................................................................... 29

2.2. Ngôn ngữ lập trình: ........................................................................................... 31

2.3 Tập Lệnh S7-300 ................................................................................................ 32

2.3.1 Nhóm lệnh logic tiếp điểm: ......................................................................... 32

2.3.2 Lệnh về timer : ............................................................................................. 34

2.3.3 Bộ đếmCounter: ........................................................................................... 36

2.3.4 Lệnh so sánh: ................................................................................................ 37

2.3.5. Các lệnh về số học: ...................................................................................... 39

2.3.6 Lệnh Di chuyển : .......................................................................................... 40

2.3.7 Lệnh RESET nhiều bit FC 82: ................................................................... 40

2.4.Tín hiệu Analog và cách xử lý trong PLC S7 300 ........................................... 41

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 6

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

2.4.1.Tín hiệu Analog Input ................................................................................. 41

2.4.2 Cách xử lý tín hiệu Analog trong PLC S7 300 .......................................... 42

2.5. Giới thiệu về CPU 313C và S7 -1500 ............................................................... 47

2.5.1. CPU 313C .................................................................................................... 47

2.5.2. Tìm hiểu khái quát về S7 1500................................................................... 50

CHƢƠNG III: TỔNG QUAN VỀ WINCC .............................................................. 51

3.1 Khái niệm. ........................................................................................................... 51

3.2.Cách sử dụng phần mềm WinCC ..................................................................... 53

3.2.1. Các bƣớc tạo một dự án trên WinCC: ...................................................... 53

3.2.2.Các thành phần chính của cửa sổ dự án . .................................................. 53

3.3 Các kiểu dữ liệu .................................................................................................. 55

CHƢƠNG IV: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO DÂY CHUYỀN TRỘN, CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHAI .............................. 58

4.1. Tổng quan về mô hình trộn, chiết rót và đóng nắp chai. .............................. 58

4.1.1. Tổng quan về kết cấu cơ khí ...................................................................... 58

4.1.2. Mô hình thực tế. .......................................................................................... 58

4.1.3. Liệt kê các thiết bị của dây chuyền. .......................................................... 60

4.1.4. Hệ thống ngõ vào ra (I/O PLC) ................................................................. 60

4.1.5. Sơ đồ kết nối I/O PLC ................................................................................ 65

4.1.6. Nguyên lý hoạt động của dây chuyền. ...................................................... 66

4.1.7. Phân công vào ra và lập bảng đồ tài nguyên ............................................ 71

4.1.8 Viết chƣơng trình PLC ................................................................................ 71

4.2. Thiết kế giao diện SCADA điều khiển và giám sát. ....................................... 75

4.2.1 Giới thiệu về giao diện thiết kế SCADA .................................................... 75

4.2.2 Hệ thống trộn, chiết rót và đóng nắp chai: ................................................ 79

4.2.3 Yêu cầu công nghệ: ...................................................................................... 80

4.3. Thiết kế mô phỏng trên WinCC: ..................................................................... 80

4.3.1 Tạo giao diện làm việc mới ......................................................................... 80

4.3.2 Tạo biến ........................................................................................................ 85

4.3.2 Tạo ảnh: ........................................................................................................ 91

4.3.3 Thiết lập các thuộc tính hình ảnh ............................................................... 93

4.3.4. Tạo nút nhấn thoát chƣơng trình: ............................................................ 96

4.3.5 Tạo nút nhấn đăng nhập và đăng xuất: ..................................................... 97

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 7

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

4.3.6 Thiết lập tài khoản quản trị:....................................................................... 98

4.3.7. Tạo màn hình điều khiển nhỏ trên màn hình chính. ............................. 100

4.4. Lâp trình C-Scrip, VB-Scrip và tạo chuyển động thẳng trong WinCC .... 106

4.4.1. Lập trình C-Scrip chuyển động thẳng .................................................... 107

4.4.2. Lâp trình VB-Scrip trong WinCC .......................................................... 109

CHƢƠNG 5: TỔNG KẾT VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ............... 112

5.1 Tổng kết ............................................................................................................. 112

5.2 Hạn chế của đề tài: ........................................................................................... 112

5.3 Hƣớng phát triển: ............................................................................................ 112

PHỤ LỤC ................................................................................................................... 113

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 130

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 8

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 CB bảo vệ ....................................................................................................... 16

Hình 1.2 Rơ le ............................................................................................................... 16

Hình 1.3 Nút nhấn ........................................................................................................ 17

Hình 1.4 Cảm biến siêu âm .......................................................................................... 18

Hình 1.5 Cảm biến điện dung ...................................................................................... 19

Hình 1.6 Cấu tạo của cảm biến tiệm cận điện dung ................................................... 19

Hình 1.7 Sơ đồ đấu dây cảm biến loại 3 dây 24 VDC với PLC .................................. 20

Hình 1.8 Sơ đồ đấu dây cảm biến loại 3 dây 24 VDC với PLC .................................. 22

Hình 1.9 Sơ đồ đấu dây cảm biến loại 2 dây 24 VDC với PLC .................................. 23

Hình 1.10 Động cơ 1 pha ............................................................................................. 23

Hình 1.11 Động cơ 24 VDC ........................................................................................ 24

Hình 1.12 Xi lanh khí nén dẫn hướng ........................................................................ 24

Hình 1.13 Van từ .......................................................................................................... 25

Hình 1.14 Van điện từ 5/2 ............................................................................................ 25

Hình 2.1 Cấu hình của một trạm PLC S7-300 ............................................................ 28

Hình 2.2 Sự khác nhau các khối bề ngoài của CPU S7-300 ..................................... 28

Hình 2.3 Ảnh thực tế các loại modul mở rộng của S7-300 ........................................ 30

Hình 2.4 Cấu trúc của một bộ điều khiển PLC ........................................................... 31

Hình 2.5 Tạo khối Function trong S7 300 .................................................................. 43

Hình 2.6 Giao diện lập tình khối Function ................................................................. 44

Hình 2.7 Tạo biến ngõ vào hàm Scale ......................................................................... 44

Hình 2.8 Tạo biến ngõ ra hàm Scale ........................................................................... 45

Hình 2.9 Tạo biến tạm để tính toán tạo hàm Scale .................................................... 45

Hình 2.10 Công thức tính toán hàm scale .................................................................. 47

Hình 2.11 Hàm Scale tính toán tín hiệu Analog ........................................................ 50

Hình 2.12 CPU 313 C ................................................................................................... 51

Hình 3.1 Giao diện làm việc của WinCC .................................................................... 53

Hình 3.2 Các kiểu dữ liệu trong WinCC ..................................................................... 56

Hình 4.1 Kết cấu cơ khí dây chuyền trộn, chiết rót và đóng nắp chai ....................... 58

Hình4.2 Mô hình thực tế dây chuyền trộn, chiết rót và đóng nắp ............................. 59

Hình 4.3 Cấu hình PLC s7 300 CPU 313C ................................................................. 64

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 9

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.4 Sơ đồ kết nối I/O PLC S7 300 CPU 313C theo kiểu sink ............................ 65

Hình 4.5 Khâu trộn nhiên liệu ..................................................................................... 66

Hình 4.6 Lưu đồ giải thuật .......................................................................................... 70

Hình 4.7 Tạo trang làm việc mới trong SIMATIC S7 300 ......................................... 72

Hình 4.8 Chọn cấu hình trong SIMATIC S7 300 ....................................................... 72

Hình 4.9 Chọn cấu hình trong SIMATIC S7 300 ....................................................... 73

Hinh 4.10 Khối OB1 trong SIMATIC S7 300 ............................................................. 73

Hinh 4.11 Giao diện lập trình PLC ............................................................................. 74

Hình 4.12 PLC-SIM ..................................................................................................... 74

Hình 4.13 Graphics chính trong WinCC ..................................................................... 75

Hình 4.14 Graphics chính trong WinCC ..................................................................... 76

Hình 4.15 Graphics Giao diện điều khiển chính trong WinCC ................................. 76

Hình 4.16 Graphics Giao diện điều khiển màn hình nhỏ trong WinCC ................... 77

Hình 4.17 Graphics Giao diện cảnh báo ALARM trong WinCC ............................... 77

Hình 4.18 Graphics Giao diện Màn hình chính Login Lout trong WinC ................ 78

Hình 4.19 Graphics bảng điều khiển chính trong WinCC ......................................... 78

Hình 4.20 Graphics bảng điều khiển chính Login Lout trong WinCC .................... 79

Hình 4.21 Tạo giao diện làm việc mới trong WinCC................................................. 81

Hình 4.22 Tạo giao diện làm việc mới trong WinCC................................................. 82

Hình 4.23 WinCC Explorer.......................................................................................... 83

Hình 4.24 Chọn Driver cho WinCC với S7 300 .......................................................... 84

Hình 4.25 Chọn Driver cho WinCC với S7 300 .......................................................... 84

Hình 4.26 Tag nội trong WinCC.................................................................................. 84

Hình 4.27 Tag Ngoại trong WinCC ............................................................................. 86

Hình 4.28 Hộp thoại tạo tag trong WinCC ................................................................. 86

Hình 4.29 Hộp thoại chọn địa chỉ tag trong WinCC .................................................. 87

Hình 4.30 Giao diện các tag trong WinCC ................................................................. 88

Hình 4.31 Tag Group Control ...................................................................................... 88

Hình 4.33 Tag Group Demsanpham ........................................................................... 89

Hình 4.34 Tag Group Tank_Level ............................................................................... 90

Hình 4.35 Tag Group Manual_Val ............................................................................. 90

Hình 4.36 Giao diện tạo ảnh mới ................................................................................ 91

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 10

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.37 Cửa sổ giao diện thiết kế đồ họa Graphics ................................................ 92

Hình 4.38 Cửa sổ giao diện thiết kế đồ họa Graphics ................................................ 94

Hình 4.39 Cửa sổ cài đặt Tag ...................................................................................... 95

Hình 4.40 Cửa sổ cài đặt Tag khi tag On .................................................................... 95

Hình 4.41 Cửa sổ cài đặt Tag khi tag Off ................................................................... 96

Hình 4.42 Cửa sổ cài đặt Exit WinCC ......................................................................... 97

Hình 4.43 Giao diện mở cài đặt Phân quyền trong winCC ........................................ 98

Hình 4.44 Giao diện cài đặt Phân quyền trong winCC .............................................. 99

Hình 4.45 Cửa sổ cài đặt Phân quyền trong winCC ................................................. 100

Hình 4.46 Giao diện màn hình bật tắt VAN1 ............................................................ 101

Hình 4.47 Giao diện Picture Window ........................................................................ 102

Hình 4.48 Giao diện thiết lập cho nút nhấn để mở Picture Window ....................... 103

Hình 4.49 Giao diện thiết lập cảnh báo Alarm ......................................................... 103

Hình 4.50 Thiết lập tên cho bảng Alarm ................................................................... 104

Hình 4.51 Thiết lập thuộc tính cho bảng Alarm ....................................................... 104

Hình 4.52 Thiết lập thuộc tính cho bảng Alarm ....................................................... 105

Hình 4.53 Cài đặt Tag name và thuộc tính khác Alarm ........................................... 105

Hình 4.54 Bảng thiết lập thông số cho Alarm .......................................................... 106

Hình 4.55 Trình soạn thảo Global Script .................................................................. 107

Hình 4.56 Trình soạn thảo Global action ................................................................. 107

Hình 4.57 Tạo chương trình text trong trình soạn thảo Global action ................... 109

Hình 4.58 Thiết lập thời gian khi chạy Runtime C-scrip ......................................... 109

Hình 4.59 Giao diện lập trình VB-scrip .................................................................... 110

Hình 4.60 Giao diện thiết lập tag sử dụng trongVB-scrip ........................................ 111

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 11

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thông số kĩ thuật bộ chuyển đổi nguồn AC-DC ........................................ 15

Bảng 2.1: Thông số kĩ thuật CPU 313C ..................................................................... 49

Bảng 3.1 Các bộ soạn thảo trong trung tâm điều khiển ( Control Center) ............... 54

Bảng 3.2 Kiểu dữ liệu ( Data Types) có trong WinCC ............................................... 57

Bảng 4.1 Liệt kê các thiết bị của dây chuyền ............................................................. 60

Bảng 4.2 Hệ thống ngõ vào ra PLC ............................................................................ 62

Bảng 4.3 Các ô nhớ sử dụng trong PLC .................................................................... 63

Bảng 4.4 Bảng đồ tài nguyên ...................................................................................... 71

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 12

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

CHƢƠNG I

TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

1.1. Đặt vấn đề

Có thể thấy các sản phẩm tiêu dùng hiện nay phần lớn được chứa đựng trong các

bao bì dạng chai lọ nhất là trong ngành thực phẩm ví dụ như: bia, rượu, nước giải khát,

hóa mỹ phẩm, v.v…, với nhiều ưu điểm nổi trội như giá thành hạ, cứng cáp, tính thẩm

mỹ cao, dễ sản xuất. Cũng chính vì lý do này các hệ thống máy chiết rót, đóng chai tự

động được sử dụng rất rộng rãi với nhiều chủng loại khác nhau. Trong khóa luận này

em sẽ thiết kế hệ thống trộn, chiết rót và đóng nắp chai sử dụng PLC s7 300 và điều

khiển giám sát trên WinCC. Đây cũng chỉ là một phần trong hệ thống dây truyền sản

xuất nước gải khát hay các sản phẩm khác.

Ở Việt Nam hiện có rất nhiều nhà máy xí nghiệp sử dụng hệ thống tự động hóa

trong sản xuất nhưng chúng chưa có sự liên kết với nhau và hiệu quả sản xuất còn

chưa cao. Muốn đạt được những kết quả cao trong sản xuất cũng như giảm nhẹ gánh

nặng trong việc điều khiển giám sát hệ thống tự động rất cần một phần mềm để quản

lý và giám sát.

Hiện nay có rất nhiều phần mềm SCADA của các hãng như Mitsubishi, Intouch

wonderwer, Siemens…Phần mềm WinCC là một phần mềm hỗ trợ rất tốt trong hệ

thống tự động hóa với những tính năng ưu việt đồ họa đẹp mắt,chuyên nghiệp có thể

trình bằng ngôn ngữ C hoặc Visual Basic cho phép các kĩ sư có thể tùy biến để thiết kế

hệ thống SCADA một cách tối ưu và đạt hiệu quả cao nhất.

Vào những giữa thập niên 90 của thế kỉ trước, do sử dụng các thiết bị vào/ra (I/O)

thu thập dữ liệu cũ, nên khi kết nối sẽ ưu tiên sử dụng các chuẩn kết nối phù hợp với

khoảng cách truyền dẫn như RS-485, tuy nhiên điều này lại hạn chế việc lựa chọn thiết

bị khi yêu cầu thay đổi. Do nhược điểm nêu trên mà đến cuối những năm 90, xu hướng

dịch chuyển sang sử dụng các chuẩn truyền thông mở như IEC870-5-101/104 và DNP

3.0 đã ngày càng phổ biến trong việc sản xuất các thiết bị cũng như các nhà cung cấp

giải pháp cho các hệ SCADA. Đến năm 2000 thì hầu hết các nhà sản xuất thiết bị

vào/ra dữ liệu đã đồng loạt chuyển sang giao thức mở như Modicon MODBUS dựa

trên chuẩn TCP/IP.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 13

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hiện nay, các hệ thống SCADA đang trong xu hướng dịch chuyển sang công

nghệ chuẩn truyền thông. Ethernet và TCP/IP là các chuẩn cơ bản đang dần thay thế

các chuẩn cũ hơn. Với việc phát triển không ngừng của SCADA nên em quyết định

tìm hiểu và phát triển phần mềm này cho việc điều khiển và giám sát hệ thống trộn,

chiết rót và đóng nắp chai để nâng cao chất lượng sản phẩm đồng thời kiểm soát quá

trình sản xuất một cách tốt nhất.

1.2. Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu đạt được sau khi hoàn thành đề tài: Lắp đặt được mô hình dây chuyền

trộn, chiết rót và đóng nắp chai cũng như am hiểu các thiết bị cảm biến cách đấu nối

và lập trình PLC và các thiết bị tự động hóa . Áp dụng phần mềm WinccCC vào việc

giám sát hệ thống cũng như điều khiển thông qua màn hình HMI đồng thời có thể nhận

lại các thông tin liên quan cũng như cảnh báo trả về khi gặp sự cố… Sử dụng PLC

CPU S7 300 vào việc thu tín hiệu từ các cảm biến và xuất tín hiệu điều khiển hệ thống

van khí nén motor đặc biệt thu tín hiệu từ cảm biến siêu âm từ đó điều chỉnh được

lượng nước rót vào bồn trộn.

1.3. Ƣu điểm và thiếu xót khi thực hiện đề tài.

Với kiến thức còn hạn chế cũng như ở Việt Nam SCADA còn chưa phổ biến, thời

gian thực hiện đề tài không lâu cộng với vấn đề kinh tế nên mô hình còn nhiều thiếu

xót .Mô hình chưa cho thầy, cô và các bạn thấy được sự rõ ràng về thực tế trong quá

trình sản xuất một sản phẩm nước uống đóng chai. Tuy nhiên đề tài cũng đã thể hiện

được nhu cầu thực tế và đã giải quyết được cơ bản yêu cầu sản xuất.

1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

Điều khiển tự động là xu thế tất yếu trong các lĩnh vực công nghiệp cũng như

sinh hoạt bởi các ứng dụng vượt trội của nó. Ở các hệ thống tự động có quy mô vừa và

lớn việc kết hợp PLC và SCADA mà ở đây là sử dụng phần mềm WinCC kết hợp với

SIMATIC S7 300 có thể điều khiển từ xa cho toàn hệ thống có thể điều khiển giám sát

hệ thống chính xác từ xa ở phòng xử lý trung tâm. Kết hợp SCADA vào hệ thống tự

động hóa là việc làm cần thiết để nâng cao chất lượng sản phẩm cũng như mở rộng hệ

thống có ý nghĩa khoa học lớn trong việc xây dựng hệ thống tự động hoàn chỉnh cả về

chức năng lẫn hiệu quả kinh tế.

Về mặt thực tiễn đề tài đi theo những nhu cầu thực tế bên ngoài của những nhà

máy và dây chuyền sản xuất đang được nâng cấp và mở rộng. Đặc biệt ưu điểm của đề

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 14

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

tài là có thể áp dụng vào các nhà máy xí nghiệp có quy mô vừa và lớn để nâng cao

hiệu quả sản xuất trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa của đất nước.

1.5. Phạm vi áp dụng:

Cơ sở sản xuất nước giải khát, hoặc các loại nước uống không gaz khác được trộn

hỗn hợp và chiết rót đóng chai.

Chai nước sử dụng : Loại chai PET có dung tích 250ml .

1.6. Các chức năng chính của hệ thống

Hệ thống kết hợp bình trộn, chiết rót và đóng nắp thành 1 dây chuyền thống nhất.

Mạch điều khiển trung tâm PLC của Siemens sử dụng S7-300 : Điều khiển xuyên suốt

hệ thống trộn, chiết rót, đóng nắp. Bảng mạch hiển thị trạng thái hoạt động của hệ

thống trên các đèn led (màu xanh). Khi có sự cố xảy ra, hệ thống ngắt điện hoàn toàn

tự động.

1.7. Các thiết bị chính trong mô hình

1.7.1 Bộ nguồn

Bộ nguồn có chức năng cung cấp điện 24 V cho các cảm biến trong Mô hình và

Động cơ DC Vặn nắp và Trộn nhiên liệu.

Điện áp vào: 110VAC/220VAC

Dòng đầu vào: 1.3A/115V 0.65A/230V

Đầu ra: 24VDC /5A

Phạm vi điều chỉnh điện áp: 21.6 – 26.4VDC

Công suất: 50.4W

Tần số: 47～63Hz

Kích thước: 159×97×38mm

Khối lượng: 0.5Kg

Bảng 1.1 Thông số kĩ thuật bộ chuyển đổi nguồn AC-DC

1.7.2. Các thiết bị đóng ngắt và thiết bị bảo vệ

CB đóng ngắt và bảo vệ mạch khi quá tải hoặc có sự cố xảy ra để bảo vệ các thiết bị

trong mô hình.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 15

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

- CB: Loại CB step 1 pha, điện áp 400V

Hình 1.1 CB bảo vệ

- Rơle: Rơle 8 chân 2 tiếp điểm cuộn coil 24VDC

Hình 1.2 Rơle

-Trong mô hình sử dụng 2 nút nhấn Start và Stop, 1 công tắc điều chỉnh AUTO và

MANUAL, 1 nút nhấn khẩn cấp để tắt toàn bộ hệ thống khi xảy ra sự cố.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 16

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Tất cả các nút nhấn được thiết kế không giữ và lắp trực tiếp vào Tủ điện thuận tiện cho

việc điều khiển.

Hình 1.3 Nút nhấn

1.7.3 Các loại cảm biến và cách đấu nối

1.7.3.1. Khái niệm về cảm biến

Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại

lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử lý

được. Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất

...) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện (như điện tích,

điện áp, dòng điện hoặc trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của

đại lượng đo. Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo (m): s = F(m) (1.1)

Người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến, (m) là đại

lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo). Thông qua đo đạc (s)

cho phép nhận biết giá trị của (m).

1.7.3.2 Cảm biến siêu âm:

a) Cấu tạo

Cảm biến siêu âm là thiết bị dùng để xác định vị trí của các vật thông qua sóng

siêu âm. Cảm biến tiệm cận siêu âm có thể phát hiện ra hầu hết các đối tượng bao gồm

kim loại hoặc không phải kim loại, chất lỏng chất rắn trong suốt hoặc mờ đục.

Cảm biến siêu âm tầm đo 1m. Ngõ ra: 4-20 mA, 0-10V.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 17

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Cảm biến siêu âm thông dụng gồm có 3 bộ phận chính:

- Bộ phận phát tín hiệu.

- Bộ phận thu tín hiệu.

- Bộ phận xử lí, điều khiển.

b) Nguyên lí hoạt động:

Bộ phận phát tín hiệu

khi được cấp nguồn sẽ phát

ra sóng siêu âm, với loại

cảm biến này, tầm phát của

sóng siêu âm là 1m, khi gặp

vật cản sóng siêu âm sẽ được phản hồi về bộ thu tín hiệu, khi nhận được sóng phản hồi

bộ phận xử lí sẽ so sánh và tính toán khoảng cách bằng cách so sánh thời gian phát,

nhận và vận tốc của sóng siêu âm. Tín hiệu ngõ ra có thể là digital hoặc analog. Tín

hiệu cảm biến digital thông báo có hay không sự xuất hiện của đối tượng trong vùng

phát hiện của cảm biến, tín hiệu từ cảm biến analog chứa đựng thông tin về khoảng

cách của đối tượng đến cảm biến. Từ việc thu tín hiệu đó ta có thể xác định được

lượng nước trong bồn.

Vùng hoạt động: Là khu vực mà cảm biến có thể phát hiện được nếu có đối

tượng xuất hiện, khu vực nằm giữa hai giới hạn khoảng cách lớn nhất và khoảng cách

nhỏ nhất mà sóng siêu âm phát ra có thể thu vào. Cảm biến siêu âm có một vùng nhỏ

không thể sử dụng gần cảm biến gọi là khu vực mù.

c) Ứng dụng của cảm biến siêu âm:

Trong ngành y tế, rada siêu âm giúp các bác sĩ có thể nhìn thấy rõ cấu trúc nội tại

của cơ thể, chẩn đoán chính xác khối u, thai nhi.

Trong kĩ thuật gia công kim loại, sóng siêu âm là sóng cơ đàn hồi mang nặng lượng có

thể làm sạch các bề mặt chi tiết trước khi gia công như mạ hàn.

Trong kĩ thuật đo và kiểm tra công nghiệp, việc đo và phân tích tiếng dội khi

chùm siêu âm được chiếu lên bề mặt kiểm tra có thể giúp ta phát hiện được trang thái

bề mặt và các khuyết tật trong cấu trúc. Ở đây cảm biến siêu âm dùng để thu tín hiệu

mực chất lỏng trong bồn gửi tín hiệu về Module A/I từ đó PLC điều khiển mực chất

lỏng, đo khoảng cách độ cao để xác định mực nước trong bồn.

1.7.3.3.Cảm biến điện dung:

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 18

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

a) Khái niệm:

Cảm biến tiệm cận điện dung

(Capasitve Proximity Sensor) là

thiết bị dùng để phát hiện đối

tượng phi kim nhờ sự thay đổi điện

dung của cảm biến khi vật đi qua

vùng nhạy của cảm biến. Cảm biến

điện dung đang sử dụng dùng để

phát hiện sự thay đổi của mực chất

lỏng trong vật chứa.

b) Cấu tạo:

Hình 1.6 Cấu tạo của cảm biến tiệm cận điện dung.

Cảm biến tiệm cận điện dung gồm bốn bộ phận chính:

- Cảm biến (các bản cực cách điện).

- Mạch dao động.

- Bộ phát hiện.

- Mạch đầu ra.

c) Nguyên lý của cảm biến điện dung.

Trong cảm biến tiệm cận điện dung có bộ phận làm thay đổi điện dung C của các

bản cực. Nguyên lý hoạt động cơ bản của cảm biến điện dung dựa trên việc đánh giá

sự thay đổi điện dung của tụ điện.Bất kì vật nào đi qua trong vùng nhạy của cảm biến

điện dung thì điện dung của tụ điện tăng lên.Sự thay đổi điện dung này phụ thuộc vào

khoảng cách, kích thước và hằng số điện môi của vật liệu.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 19

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Bên trong có mạch dùng nguồn DC tạo dao động cho cảm biến dòng, cảm biến

dòng sẽ đưa ra một dòng điện tỉ lệ với khoảng cách giữa 2 tấm cực.

d ) Ưu, nhược điểm của cảm biến điện dung:

Ưu điểm:

- Đối tượng phát hiện có thể là chất lỏng,vật liệu phi kim

- Tốc độ chuyển mạch tương đối nhanh

- Có thể phát hiện các đối tượng có kích thước nhỏ.

- Phạm vi cảm nhận lớn.

- Đầu cảm biến nhỏ, có thể lắp đặt ở nhiều nơi.

Nhược điểm:

- Chịu ảnh hưởng của bụi và độ ẩm.

e) Ứng dụng.

- Dùng để phát hiện nước trong chai nhựa, sữa trong hộp giấy.

- Phát hiện được bề mặt chất lỏng, không bị ảnh hưởng bởi màu sắc chất lỏng và khi

ống bị bẩn.

1.7.3.4 Cảm biến quang:

Cảm biến quang trong mô hình được sử dụng nhằm mục đích phát hiện sản phẩm khi nó đi qua để đưa ra các tín hiệu cho PLC điều khiển hoạt động của băng tải cũng như động cơ vặn nắp hoặc rót nước vào chai. Thông số kĩ thuật:

 Điện Áp: 6 – 36VDC.

 Dòng: 10mA.

 Khoảng Cách:

-> 3-30cm.

 Kết Nối:

+ Dây Màu Nâu: 6-

36V ( khuyến cáo dùng

6-24v DC ).

+ Dây Màu Xanh

Dương : GND

+ Dây Màu Đen: Tín

hiệu NPN thường mở (

Tín hiệu ra bằng điện

áp cấp nuôi cho cảm

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 20

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

biến ).

 Nhiệt Độ: -40 - 70 Độ C.

Điều chỉnh khoảng cách bằng biến trở tinh chỉnh sau cảm biến.

a) Giới thiệu:

Cảm biến quang điện (Photoelectric Sensor) nói một cách nôm na, thực chất

chúng là do các linh kiện quang điện tạo thành. Khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào

bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất. Tín hiệu quang được biến đổi

thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot (Cathode) khi có một

lượng ánh sáng chiếu vào. Từ đó cảm biến sẽ đưa ra đầu ra để tác động theo yêu cầu

công nghệ.

b) Phân loại:

Cảm biến quang thường được chia làm 3 loại:

 Cảm biến quang thu phát (Through-beam sensor)

 Cảm biến quang phản xạ gƣơng (Retro – reflection sensor)

 Cảm biến quang khuếch tán (Diffuse reflection sensor)

c) Ưu điểm của việc sử dụng cảm biến quang.

 Phát hiện vật thể nhưng không cần tiếp xúc với vật thể đó (Phát hiện từ xa)

 Phát hiện được từ khoảng cách xa

 Ít bị hao mòn, có tuổi thọ và độ chính xác, tính ổn định cao

 Phát hiện nhiều vật thể khác nhau

 Thời gian đáp ứng nhanh, có thể điều chỉnh độ nhạy theo ứng dụng

d) Ứng dụng của cảm biến quang:

Ứng dụng chủ yếu của cảm biến quang là dùng để phát hiện nhiều dạng vật thể

khác nhau, phát hiện đo lường khoảng cách hay phát hiện tốc độ của đối tượng,…ví

dụ: Phát hiện một chai nhựa trên băng chuyền hoặc kiểm tra xem tay robot đã gắp linh

kiện ô tô để lắp đặt hay chưa. Cảm biến quang đóng vai trò rất quan trọng trong lĩnh

vực công nghiệp tự động hóa. Nếu không có cảm biến quang thì khó mà có được tự

động hóa, giống như làm việc mà không nhìn được vậy.

Cảm biến quang cũng rất thông dụng do tốc độ nhanh, giá thành thấp độ tin cậy

cao. Nhưng bên cạnh đó cảm biến quang cũng có một số nhược điểm như thể là : Chịu

tác động từ môi trường do bụi bẩn làm ảnh hưởng đến độ nhạy cũng như độ chính xác

từ bộ thu và bộ phát của cảm biến.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 21

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

1.7.3.5. Sơ đồ đấu dây cảm biến 24VDC với PLC

Hình 1.8 Sơ đồ đấu dây cảm biến loại 3 dây 24VDC với PLC

Loại PNP (nâu : V+ ,xanh : 0V ,đen : out V+)

Tùy vào điện áp nguồn cảm biến và điện áp input của PLC mà ta đấu Nếu cùng

nguồn DC hoặc AC (nguồn cảm biến = nguồn input PLC) thì có thể đấu trực tiếp ,có

nghĩa là nối chân đen (out) trực tiếp vào ngõ vào

Nếu cảm biến nguồn DC , PLC input AC (nguồn cảm biến # input PLC) hoặc

ngược lại thì phải qua Relay trung gian (Relay có nguồn như cảm biến) ,lấy ngõ ra

cảm biến đấu vào cuộn dây của Relay ,ngõ còn lại của cuộn dây nối mass .Lấy tiếp

điểm thường hở của Relay đưa vào PLC

Loại NPN (nâu : V+ ,xanh :mass ,đen : out 0V)

Phải dùng Relay trung gian (Relay có nguồn như cảm biến) , lấy ngõ ra cảm biến

đấu vào cuộn dây của Relay ,ngõ còn lại của cuộn dây nối V+ . Lấy tiếp điểm thường

hở của Relay đưa vào PLC

Loại cảm biến NPN thuận lợi cho việc lập trình cho hệ thống do tính chất 1 chiều

củan nos, tức là khi nào cảm biến lên 1 thì nó sẽ trả về tín hiệu để xử lý.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 22

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 1.9 Sơ đồ đấu dây cảm biến loại 2 dây 24VDC với PLC

1.7.4 Các loại động cơ điện

Động cơ sử dụng trong mô hình bao gồm các loại động cơ từ AC đến DC chủ

yếu là các động cơ công xuất nhỏ dung cho việc đóng nắp chai trộn dung dịch và kéo

bang tải cũng như bơm nước rót vào chai.

a) Động cơ 1 pha

Đây cũng là một dạng động cơ có kích thước nhỏ tích hợp thêm phần hộp số có

khả năng đảo chiều quay và có thêm bộ điều chỉnh tốc độ để thay đổi tốc độ động cơ ở

mức cho phép.

Hình 1.10 Động cơ 1 pha

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 23

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Các thông số kĩ thuật như sau:

Điện áp sử dụng : 220V 50/60 Hz

Động cơ giảm tốc Peei Moger là loại giảm tốc nhỏ gọn, tin cậy, hiệu suất cao.

Dãy công suất đầu ra: 6, 15, 25, 40, 60, 90, 120, 150, 200W

Tỉ số truyền: 1:3-1:1800

b) Động cơ 1 chiều 24VDC

Điện áp: 24 VDC

Tốc độ: 10000rpm/min

Công suất: 50W

Động cơ sử dụng

trong băng tải với mục

đích vặn nắp chai và

trộn nhiên liệu. Động

cơ có bộ giảm tốc độ và

momen lớn đảm bảo

cho nhu cầu sử dụng

trong mô hình.

1.7.5 Piston khí nén

Có rất nhiều lọai piston khí nén nhưng ở đây mô hình chỉ sử dụng piston tịnh tiến

có nhiệm vụ đưa motor

tịnh tiến tới vị trí vặn

nắp chai và piston giữ

chai.

Trong mô hình Piston

có nhiệm vụ đưa motor

xuống để vặn nắp chai.

Piston đặc biệt có khả

năng kẹp đối tượng

chai khi chai di chuyển

tới vị trí đóng nắp .

Piston được gắn cảm biến từ ( Cảm biến hành tình để phát hiện vị trí của Piston)

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 24

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

1.7.6 Van từ

Sử dụng trong hệ thống tưới tự động, điều khiển từ xa,...Là van nước điều khiển

đóng-mở bằng điện 220V AC. Trạng thái bình thường van luôn đóng, khi cần mở van

thì cấp điện 220V cho van

Điện áp điều khiển: 220VAC

50Hz

Đường kính ống ren trong :

27mm

Nhiệt độ môi trường làm việc:

Từ âm 5 đến 80 độ C

Áp suất chịu được tối đa :

7kg/cm2

Khối lượng 850 gram

Kích thước (Dài x Rộng x Cao,

mm) 120 x 80 x 60

Trong mô hình van được sử dụng để kích hoạt hoặc ngắt bơm nước vào bồn trộn.

1.7.7 Van khi nén .

Van 5/2 điện khí nén có thông số kĩ thuật sau: 1 Coil , 5 cửa 2 vị trí Điện áp 24VDC 4.6W

Trong mô hình van được sử

dụng để cấp khí cho các xilanh

và có thể điều khiển các van

thông qua bộ xử lý PLC.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 25

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

CHƢƠNG II

TỔNG QUAN VỀ SIMATIC S7-300

2.1. Giới Thiệu Chung

Để đáp ứng yêu cầu tự động hóa ngày càng tăng đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải

có nhiều thay đổi về thiết bị cũng như về phương pháp điều khiển. Vì vậy người ta

phát minh ra bộ điều khiển lập trình rất đa dạng như PLC nói chung và S7 300 nói

riêng.

Ưu điểm:

- Tốc độ xử lý nhanh

- Cấu hình các tín hiệu I/O đơn giản

- Có nhiều loại module mở rộng cho CPU và cả cho các trạm remote I/O

- Cổng truyền thông Ethernet được tích hợp trên CPU, hổ trợ cấu hình mạng và truyền

dữ liệu đơn giản.

- Kích thước CPU và Module nhỏ giúp cho việc thiết kế tủ điện nhỏ hơn.

- Có các loại CPU hiệu suất cao tích hợp cổng profinet, tích hợp các chức năng công

nghệ, và chức năng an toàn (fail-safe) cho các ứng dụng cao.

- Bao gồm 7 loại CPU tiêu chuẩn, 7 loại CPU tích hợp I/O, 5 loại CPU fail-safe cho

chức năng an toàn, 3 loại CPU công nghệ

Ứng dụng:

- Sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau đặc biệt trong ngành công

nghiệp tự động ví dụ như ngành công nghiệp thực phẩm và nước giải khát, công

nghiệp đóng gói, công nghiệp nhựa, thép,….

- Do yêu cầu phức tạp và mở rộng của hệ thống nên S7-300 có 1 giải pháp lý tưởng từ

các trạm trung tâm đến cấu hình các trạm con tại khu vực hoạt động.

- Ngoài ra, đối với các môi trường hoạt động đặc biệt như nhiệt độ, độ ẩm cao, hay

nồng độ hóa chất cao thì S7-300 có dòng sản phẩm SIPLUS cho các môi trường đặc

biệt.

- Các ngành công nghiệp tiêu biểu: công nghiệp ô tô, công nghiệp kỹ thuật cơ khí, máy

móc trong xây dựng, các nhà chế tạo máy, ngành nhựa, đóng gói, thực phẩm và nước

giải khát, công nghiệp xử lý,…

Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máy trở

nên nhanh nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn. Nó có thể thay thế gần như hoàn toàn cho các

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 26

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

phương pháp điều khiển truyền thống. Như vậy PLC có tính năng ưu việt và thích hợp

trong môi trường công nghiệp là:

- Khả năng chống nhiễu tốt.

- Cấu trúc dạng modul rất thuận tiện cho việc mở rộng, cải tạo nâng cấp.

- Có những modul chuyên dụng để thực hiện chức năng đặc biệt.

- Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để xếp hạng

một hệ thống điều khiển tự động.

- Hiện nay trên thị trường có các loại PLC của các hãng sản xuất như: Omron,

Mitsubishi, Siemens, ABB, Allen Bradley...

Do yêu cầu đề tài nên em xin trình bày về Simatic S7-300 của Siemens. S7-300 là

Dòng sản phẩm cao cấp, được dùng cho những ứng dụng lớn với những yêu cầu I/O

nhiều và thời gian đáp ứng nhanh, yêu cầu kết nối mạng và có khả năng mở rộng, nâng

cấp.

Ngôn ngữ lập trình đa dạng cho phép người sử dụng có quyền chọn lựa. Đặc

điểm nổi bật của S7-300 đó là ngôn ngữ lập trình cung cấp những hàm toán đa dạng

cho những yêu cầu chuyên biệt. Hoặc ta có thể sử dụng ngôn ngữ chuyên biệt để xây

dựng hàm riêng cho ứng dụng mà ta cần.

Ngoài ra S7-300 còn xây dựng phần cứng theo cấu trúc modul, nghĩa là đối với

S7-300 sẽ có những modul tích hợp cho những ứng dụng đặc biệt.

2.1.1. Các modul PLC S7-300

Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng vào thực tế phần lớn các đối tượng điều

khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà

các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình.Chúng được sử

dụng theo kiểu các modul, số lượng modul nhiều hay ít tuỳ vào yêu cầu thực tế, xong

tối thiểu bao giờ cũng có một modul chính là CPU, các modul còn lại nhận truyền tín

hiệu với các đối tượng điều khiển, các modul chức năng chuyên dụng như PID, điều

khiển động cơ, van thuỷ khí …

Chúng gọi chung là modul mở rộng. Việc thêm hay bớt các Module tùy thuộc

vào nhu cầu sử dụng cũng như tính chất cần thiết của dây chuyền sản xuất. Trước khi

lập trình cho một nhà máy hoặc một hệ thống tự động hóa người lập trình cần tìm hiểu

xem hệ thống có cần nâng cấp sau này hay không để dễ dàng chọn dòng sản phẩm cho

phù hợp. Cấu hình của một trạm PLC S7-300 như hình 2.1.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 27

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 2.1 Cấu hình của một trạm PLC S7-300

2.1.2 Modul CPU

Modul CPU là loại modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời

gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485) và có thể còn có một vài cổng vào ra số. Các

cổng vào ra số có trên modul CPU được gọi là cổng vào ra Onboard.

PLC S7_300 có nhiều loại modul CPU khác nhau. Chúng được đặt tên theo bộ vi

xử lý có trong nó như modul CPU312,CPU 313 modul CPU314, modul CPU315.

Những modul cùng sử dụng 1 loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/ra

onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều

hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được phân biệt với nhau

trong tên gọi bằng thêm cụm chữ IFM (Intergrated Function Module).

Hình 2.2 Sự khác nhau các khối bề ngoài của CPU S7-300

Ngoài ra còn có các loại module CPU với 2 cổng truyền thông, trong đó cổng

truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Các loại

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 28

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

modul này phân biệt với các loại modul khác bằng cụm từ DP (Distributed Port) như là

modul CPU314C-2DP.

2.1.3 Modul mở rộng

Thiết bị điều khiển khả trình SIMATIC S7-300 được thiết kế theo kiểu modul.

Các modul này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Việc xây dựng PLC theo cấu

trúc modul rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng cho việc

mở rộng hệ thống. Số các modul được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng ứng dụng

nhưng tối thiểu bao giờ cũng phải có một modul chính là modul CPU, các modul còn

lại là những modul truyền và nhận tín hiệu với đối tượng điều khiển bên ngoài như

động cơ, các đèn báo, các rơle, các van từ. Chúng được gọi chung là các modul mở

rộng.

Các modul mở rộng chia thành 5 loại chính:

a) Module nguồn nuôi (PS - Power supply)

Có 3 loại: 2A, 5A, 10A.

b) Module xử lý vào/ra tín hiệu số (SM - Signal module)

Modul mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:

DI (Digital input): Modul mở rộng các cổng vào số. Số các cổng vào số mở rộng có

thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại modul.

DO (Digital output): Modul mở rộng các cổng ra số. Số các cổng ra số mở rộng có

thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại modul.

DI/DO (Digital input/Digital output): Modul mở rộng các cổng vào/ra số... Số các

cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8ra hoặc 16 vào/16 ra tuỳ từng loại modul.

AI (Analog input): Modul mở rộng các cổng vào tương tự. Số các cổng vào tương tự

có thể là 2, 4, 8 tuỳ từng loại modul.

AO (Analog output): Modul mở rộng các cổng ra tương tự. Số các cổng ra tương tự

có thể là 2, 4 tuỳ từng loại modul.

AI/AO (Analog input/Analog output): Modul mở rộng các cổng vào/ra tương tự. Số

các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hay 4 vào/4 ra tuỳ từng loại modul. Các

CPU của S7_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 modul số, người sử dụng cũng có thể

thiết lập các thông số cho các modul analog.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 29

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

c) Modul ghép nối (IM - Interface modul)

Modul ghép nối nối các modul mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản

lý chung bởi 1 modul CPU. Thông thường các modul mở rộng được gắn liền với nhau

trên một thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi rack có nhiều nhất là 8 modul mở rộng (không

kể modul CPU, modul nguồn nuôi). Một modul CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp

với nhiều nhất 4 rack và các rack này phải được nối với nhau bằng modul IM.

Các modul ghép nối (IM) cho phép thiết lập hệ thống S7_300 theo nhiều cấu hình,

S7-300 cung cấp 3 loại modul ghép nối sau:

IM 360: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 modul trên đó với

khoảng cách tối đa là 10 m lấy nguồn từ CPU.

IM 361: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm ba tầng, với một tầng chứa 8 modul

với khoảng cách tối đa là 10 m đòi hỏi cung cấp một nguồn 24 VDC cho mỗi tầng.

IM 365: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 modul trên đó với

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

d) Modul chức năng (FM - Function modul)

Modul có chức năng điều khiển riêng. Ví dụ như modul PID, modul điều khiển

động cơ bước.

e) Module truyền thông (CP - Communication modul)

Hình 2.3 Ảnh thực tế các loại modul mở rộng của S7-300.

Trong thực tế các Modeule Siemens có thể gắn kết ghép nối với nhau để có thể

thực thi nhiều ứng dụng khác nhau tùy thuộc vào chức năng của mỗi modeule. Việc

chọn CPU phù hợp rất quan trọng cho việc mở rộng module sau này bởi một số CPU

bị giới hạn số lượng odule mở rộng.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 30

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Bộ Nhớ Chƣơng Trình

Timer

Bộ Đệm

KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM

Vào Ra

Bộ Đếm

HỆ ĐIỀU HÀNH

Bít cờ

Cổng vào ra

Quản lý ghép nối

Cổng đếm và ngắt tốc độ cao

Hình 2.4 Cấu trúc của một bộ điều khiển PLC

2.2. Ngôn ngữ lập trình:

PLC S7_300 có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản sau:

Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement List). Đây là dạng ngôn ngữ

lập trình thông thường của máy tính. Một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh

theo 1 thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm 1 hàng và đều có cấu trúc chung là “tên

lệnh”+”toán hạng”.

Trong thực tế ta thuuwongf sử dụng ngôn ngữ Ledder bởi vì ngôn ngữ này gần

gũi với người dùng do tính trực quan của nó. Ngôn ngữ ledder thuận tiện trong quá

trình lập trình tuần tự.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 31

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Ví dụ:

Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder Logic). Đây là dạng ngôn ngữ

đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển logic.

Ví dụ:

Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram). Đây là dạng

ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển số.

Ví dụ:

Trong luận văn em sử dụng ngôn ngữ LAD để lập trình để đơn giản và trực quan

hơn. Phần mềm dùng viết chương trình là Step7 V5.5 SP1_Home_x32.

2.3 Tập Lệnh S7-300

Kí hiệu: KQ là kết quả thu được sau phép tính

KT là kết quả trước phép tính

2.3.1 Nhóm lệnh logic tiếp điểm:

a) Lệnh về bit:

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 32

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Tiếp điểm thường hở: KQ=KT nếu I0.0=1. KQ=0 nếu I0.0=0

Tiếp điểm thường đóng : KQ=KT nếu I0.0=0. KQ=0 nếu I0.0=1

 Lệnh Not: KQ thu được bằng đảo giá trị của KT, Nếu KT=1 thì KQ=0 ; Nếu

KT=0 thì KQ=1.

Ngõ ra ( cuộn coil) : Gán KQ cho ngõ ra Q0.0

Xác định kết quả: Gán KQ tại vị trí mà lệnh được chèn

 Vd: M0.0 lưu kết quả sau 2 phép tính qua I0.0 và I0.1

Lệnh SET Bit: Gán giá trị 1 cho M0.0

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 33

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Lệnh RESET Bit : Gán giá trị 0 cho M0.0

Vi phân cạnh lên : M0.0 lưu giá trị KQ ở vòng quét trước

 Khi I0.0 chuyển trạng thái từ 0 sang 1 và M0.0 =0 thì Q0.0 =1

Vi phân cạnh xuống: M0.0 lưu giá trị KQ ở vòng quét trước

 Khi I0.0 chuyển trạng thái từ 1 xuống 0 và M0.0=1 thì Q0.0=1

2.3.2 Lệnh về timer :

Lệnh S_PULSE:

Nếu I0.0=1 Timer được kích chạy, khi I0.0=0 hoặc chạy đủ thời gian đặt 2s thì Timer

dừng.Hoặc có tín hiệu I0.1 thì Timer cũng dừng Timer chỉ chạy lại khi có tín hiệu mới

từ I0.0 ( tức là I0.0 chuyển trạng thái từ 0 lên 1 ) Q0.0=1 khi Timer đang chạy.

MW100 lưu giá trị đếm của Timer theo dạng Integer

MW102 lưu giá trị của Timer theo dạng BCD

Chức năng của Timer này là tạo xung có thời gian được đặt sẵn.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 34

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Lệnh S_PEXT:

Timer kích có nhớ,Khi có tín hiệu cạnh lên ở I0.0 Timer T5 chạy,nếu đủ thời gian

đặt Timer dừng. Trong quá trình chạy nếu có tín hiệu mới từ chân I0.0 thì thời gian

Timer lại được tính lại từ đầu. Trong quá trình chạy nếu có tín hiệu I0.1 thì Timer

dừng Q0.0 =1 khi Timer đang chạy.

Các ô nhớ MW100 và MW102 lưu giá trị hiện thời của Timer theo dạng Integer

và dạng BCD

Lệnh S_ODT:

Nếu I0.0=1 Timer bắt đầu chạy khi đủ thời gian thì ngưng khi đó ngõ Q0.0 sẽ lên

1 nếu I0.0 vẫn còn giữ trạng thái 1,khi có tín hiệu I0.1 thì tất cả phải được Reset về 0.

Các ô nhớ MW100 và MW102 lưu giá trị hiện thời của Timer theo dạng Integer và

dạng BCD

Timer S_ODTthường được sử dụng trong việc lập trình do tính đơn giản và hiệu

quả của nó.Tuy nhiên việc kết hợp nhiều loại Timer khác nhau cũng rất tốt do ưu và

nhược điểm của từng loại Timer này là khác nhau.

Lệnh S_ODTS:

Timer kích có nhớ,khi có xung cạnh lên ở I0.0 Timer bắt đầu chạy ,ngõ ra

Q0.0=1 khi Timer ngưng và chỉ tắt khi có tín hiệu Reset (tín hiệu I0.1). Trong quá

trình Timer chạy nếu có sự chuyển đổi tín hiệu từ chân I0.0 thêm 1 lần nữa thì Timer

sẽ nhớ và tiếp tục chạy khi hết thời gian lần trước.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 35

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Số Timer trong S7_300 phụ thuộc vào loại CPU.

CPU 312: có 128 Timer

CPU 313 trở lên: có 256 Timer.

Có 2 cách cài đặt giá trị cho Timer:

a) Cài thông số thời gian trực tiếp:

Để cài giá trị trực tiếp cho Timer ta phải thêm kí tự S5T# trước giá trị đặt. Các kí tự

kế tiếp là thông số thời gian muốn cài đặt cho Timer.

b) Cài đặt thông số thời gian thông qua biến nhớ:

Giá trị cài đặt cho timer thông qua một biến kiểu WORD 16 bits:

2.3.3 Bộ đếmCounter:

Lệnh đếm lên xuống S_CUD:

Ngõ vào I0.2=1 : đưa giá trị đếm vào PV

Khi I0.0 chuyển trạng thái từ 0 lên 1 ,C0 đếm tăng lên 1

Khi I0.1 chuyển trạng thái từ 0 lên 1 ,C0 đếm giảm xuống 1

Khi cả I0.0 và I0.1 đều chuyển trạng thái thì C0 không thay đổi

Khi I0.3=1 thì C0 bị Reset về 0

Giá trị bộ đếm hiện thời nằm trong 2 ô nhớ MW100 và MW102 dưới dạng Integer và

dạng BCD ,giá trị này có tầm từ 0 – 999.

Ngõ ra Q0.0=1 khi giá trị đếm lớn hơn 0

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 36

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Lệnh đếm lên S_CU:

Ngõ vào I0.1=1 : đưa giá trị đếm vào PV

Khi I0.0 chuyển trạng thái từ 0 sang 1 , C0 đếm tăng lên 1

Khi I0.2 = 1 Counter bị Reset

Ngõ ra Q0.0=1 khi giá trị đếm lớn hơn 0

Giá trị bộ đếm hiện thời nằm trong 2 ô nhớ MW100 và MW102 dưới dạng Integer và

dạng BCD ,giá trị này có tầm từ 0 – 999.

Ngõ ra Q0.0=1 khi giá trị đếm lớn hơn 0

Lệnh đếm xuống S_CD:

Ngõ vào I0.1=1 : đưa giá trị đếm vào PV

Khi I0.0 chuyển trạng thái từ 1 sang 0 , C0 giảm đi 1

Khi I0.2 = 1 Counter bị Reset

Ngõ ra Q0.0=1 khi giá trị đếm lớn hơn 0. Giá trị bộ đếm hiện thời nằm trong 2 ô nhớ

MW100 và MW102 dưới dạng Integer và dạng BCD ,giá trị này có tầm từ 0 – 999.

Ngõ ra Q0.0=1 khi giá trị đếm lớn hơn 0

2.3.4 Lệnh so sánh:

Lệnh so sánh số nguyên:

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 37

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Lệnh EQ_I(Equal Integer): So sánh MW100 và MW102, nếu hai số nguyên này bằng

nhau thì KT=KQ

Lệnh NE_I ( Not Equal Integer) : So sánh MW100 và MW102,nếu 2 số này

khác nhau thì KQ=KT

Lệnh GT_I ( Greater than Integer) : So sánh 2 số MW100 và MW102 ,nếu

MW100 lớn hơn MW102 thì KQ=KT

Lệnh GE_I ( Greater than or equal Integer ) : So sánh 2 số MW100 và MW102, Nếu

MW100 lớn hơn hoặc bằng MW102 thì KQ=KT

Lệnh LE_I ( Less than or equal Integer ) : So sánh 2 số MW100 và MW102,

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 38

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Nếu MW100 bé hơn hoặc bằng MW102 thì KQ=KT

Lệnh so sánh hai số Double Interger và hai số thực Real tương tự như trên.

2.3.5. Các lệnh về số học:

Phép Toán trên số nguyên 16 Bit:

Lệnh ADD_I : Lệnh thực hiện việc cộng 2 số nguyên 16 Bit ,kết quả cất vào

số nguyên 16 Bit,nếu kết quả vượt quá 16 Bit thì cờ OV sẽ bật lên 1 ,cờ OS sẽ lưu

Bit bị tràn đó.

MW104 = MW100 + MW102

Lệnh SUB_I : Lệnh thực hiện việc trừ 2 số nguyên 16 Bit ,kết quả cất vào số nguyên

16 Bit , nếu kết quả vượt quá 16 Bit thì cờ OV sẽ bật lên 1 ,cờ OS sẽ lưu Bit bị tràn đó.

MW104 = MW100 - MW102

Lệnh MUL_I : : Lệnh thực hiện việc nhân 2 số nguyên 16 Bit ,kết quả cất vào số

nguyên 16 Bit , nếu kết quả vượt quá 16 Bit thì cờ OV sẽ bật lên 1 ,cờ OS sẽ lưu Bit bị

tràn đó. MW104 = MW100 * MW102

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 39

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Lệnh DIV_I : : Lệnh thực hiện việc chia 2 số nguyên 16 Bit ,kết quả cất vào số

nguyên 16 Bit , nếu kết quả vượt quá 16 Bit thì cờ OV sẽ bật lên 1 ,cờ OS sẽ lưu Bit bị

tràn đó. MW104 = MW100 : MW102

Phép Toán trên số nguyên 32 Bit và số thực 32 Bit tương tự.

2.3.6 Lệnh Di chuyển :

Lệnh MOV : Lệnh đưa giá trị một ô nhớ sang 1 ô nhớ khác,lệnh này có thể áp

dụng cho mọi kiểu số khác nhau.( Int,Dint,Real,Byte….)

2.3.7 Lệnh RESET nhiều bit FC 82:

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 40

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Khi M0.7 lên 1 thì bít từ M0.0 đến M1.1 về 0.

Địa chỉ bít đầu tiên S_Bit dùng con trỏ P# trỏ đến vùng nhớ bít ( I, M, Q, D )số

bít N là hằng số .Chúng ta có thể RESET nhiều bít cùng một lúc có thể là RESET biến

M hoặc biến ngõ ra Q.Thuận tiện trong quá trình lập trình đỡ tốn thời gian để RESET

nhiều bít.

Bên cạnh hàm FC 82 thì chúng ta còn có hàm FC 83 SET nhiều bít cùng lúc ngược lại

với FC82.

2.4.Tín hiệu Analog và cách xử lý trong PLC S7 300

2.4.1.Tín hiệu Analog Input

* Nguyên lý: Trong quá trình sản xuất có nhiều các đại lượng vật lý ( Áp suất, tốc độ,

tốc độ quay, nồng độ pH, độ nhớt,mực nước trong bồn .v.v…) Cần được PLC xử lý

cho mục đích điều khiển tự động.

* Cảm biến:

Các cảm biến đo lường cảm nhận những thay đổi vật lý có thể đo như sự thay đổi

tuyến tính, góc quay, độ dẫn điện thay đổi,..v.v…

* Bộ chuyển đổi:

Các bộ chuyển đổi đo lường chuyển đổi các giá trị đề cập ở trên sang những tín hiệu

Analog chuẩn, chẳng hạn 500mV, 0 - 10V, 20mA, 4…20mA.

* ADC: Analog Digital Convert: Trước khi những giá trị Analog được CPU xử lý,

chúng phải chuyển sang dạng số. Điều này được thực hiện bằng bộ chuyển đổi ADC ở

các module analog ngõ vào. Việc chuyển đổi tín hiệu Analog sang tín hiệu Digital

được thực hiện tuần tự, có nghĩa là tín hiệu được chuyển đổi lần lượt cho từng kênh

Analog Input.

* Kết quả bộ nhớ: Kết quả chuyển đổi được lưu trữ trong bộ nhớ, chúng chỉ mất đi khi

CS0 giá trị mới viết đè lên.

Tín hiệu Analog qua chuyển đổi có thể được được bằng lệnh “L PIW…”

* Ngõ vào Analog: Lệnh truyền “T PQW…” được dùng để truyền các giá trị Analog

của chương trình tới một module ngõ ra, một bộ DAC chuyển chúng sang các tín hiệu

Analog chuẩn.

* Cơ cấu chấp hành Analog: Các tín hiệu ngõ vào analog chuẩn có thể nối trực tiếp

các module ngõ ra Analog. Trong khóa luận này mô hình sử dụng cảm biến siêu âm để

xác định sự thay đổi mực nước trong bồn trộn nguyên liệu. Tín hiệu cảm biến siêu âm

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 41

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

trả về có thể là dòng hay áp ( 0 -> 10V hoặc 0 -> 20mah). Để xử lý tín hiệu này chúng

ta cần 1 bộ module Analog input. Module này được tích hợp sẵn trong CPU 313 C.

2.4.2 Cách xử lý tín hiệu Analog trong PLC S7 300

a) Nguyên lý tính toán xử lý tín hiệu Analog

Tín hiệu trả về từ cảm biến siêu âm sẽ là từ 0V -> 10 V khi qua module AI PLC

sẽ trả về giá trị từ 0 -> 37647 và mình sẽ đặt giá trị từ 0 -> 100 tương ứng với giá trị

nước trong bồn.

Sau đây là công thức tính toán của Siemens trong hàm FC 105:

“ The SCALE function takes an integer value (IN) and converts it to a real value in

engineering units scaled between a low and a high limit (LO_LIM and HI_LIM). The

result is written in OUT. The SCALE function uses the equation:

OUT = [ ((FLOAT (IN) – K1)/(K2–K1)) * (HI_LIM–LO_LIM)] + LO_LIM

The constants K1 and K2 are set based upon whether the input value is BIPOLAR

or UNIPOLAR.

BIPOLAR: The input integer value is assumed to be between –27648 and 27648,

therefore, K1 = –27648.0 and K2 = +27648.0

UNIPOLAR: The input integer value is assumed to be between 0 and 27648,

therefore, K1 = 0.0 and K2 = +27648.0 ”.

Điều đặc biệt mình muốn các bạn chú ý là phần tô đậm trong hàm trên. Đây

chính là công thức mà Siemens áp dụng cho mọi module để đọc tín hiệu analoge của

mình. Nếu như tín hiệu vào có đảo cực ví dụ từ -10V đến +10V ...

Thì set bipolar bằng 1 (tức là cho một bit nào đó bằng 1 rồi gán cho đầu vào này

của FC105 là xong. Ở đây có cái hằng số K1, K2 là hằng số maximum mà module

analog của Siemens có thể xử lý nên người ta đã viết cho dạng maximum.

Việc thay đổi hằng số K theo tùy ý đúng với thực tế thì chương trình của Siemens

không thể đáp ứng được bởi đơn giản là tín hiệu trả về của cảm biến nằm ngoài phạm

vi cho phép của mà chúng ta muốn tính toán và hiển thị chúng.

Như vậy chương trình có sẵn của Siemens không phải lúc nào cũng tối ưu cho

nên tất cả các chương trình của mình về tính toán Analog vì độ phân giải của module

không giống nhau và có thể có những ứng dụng không cẩn Scale K1,2 là 27648 do vậy

mình đầu viết lại để được tối ưu hơn. Chương trình sau khi viết lại có dạng như sau :

Out=((Raw-Raw_Min)*(Scale_Max-Scale_Min))/(Raw_Max-Raw_Min)+Raw_Min

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 42

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Ở đây ta có:

Raw: Là giá trị đọc được từ đầu vào Input module

Raw_Max: Là giá trị lớn nhất module có thể đọc được hoặc là mình muốn cho nó đọc.

(Ở trên Siemens nói là từ nhỏ hơn 27648 đó, chính là giá trị lớn nhất mà module

analog có thể xử lý được).

Raw_Min: Là giá trị nhỏ nhất mà module có thể đọc.

Scale_Max: Chính là giá trị lớn nhất mà mình mong muốn thực tế hay chính là giá trị

Engineering đó. Chẳng hạn đây là fias trị nhiệt độ, áp suất thực tế ....Scalmin: là giá trị

engineering nhỏ nhất.

b)Viết Hàm CSALE trong PLC S7 300

Trước hết ta tạo một khối Function, trong giao diện Blocks của S7 300 chúng ta

nhấp chuột phải vào vùng trắng sau đó chọn Insert New Object -> Function như hình

Hình 2.5 Tạo khối Function trong S7 300

Sau đó giao diện Lập trình xuất hiện:Cho phép người lập trình thực hiện các thao tác logic và tạo các khối, các hàm cần sử dụng .

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 43

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 2.6 Giao diện lập tình khối Function

Trong mục “IN” ta tạo các biến ngõ vào và chọn kiểu dữ liệu thích hợp như sau :

Hình 2.7 Tạo biến ngõ vào hàm Scale

Trong phần “OUTPUT” ta tạo ngõ ra là OutPut và chọn kiểu giữ liệu Real:

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 44

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 2.8 Tạo biến ngõ ra hàm Scale

Để tiến hành tạo công thức tính giá trị Analog như trên ta cần tạo các biến tạm để

lưu vào bộ nhớ tạm các hàm cần tính và chuyển đổi các giá trị ngõ vào ( Integer thành

Real ) để thuận tiện trong việc tính toán.

Hình 2.9 Tạo biến tạm để tính toán tạo hàm Scale

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 45

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 46

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 2.9 Công thức tính toán hàm scale

Hình 2.10 Hàm Scale tính toán tín hiệu Analog

2.5. Giới thiệu về CPU 313C và S7 -1500

2.5.1. CPU 313C

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 47

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Là 1 dòng PLC mạnh của Siemens, S7-300 CPU 313C phù hợp cho các ứng

dụng vừa và lớn với các yêu cầu cao về các chức năng đặc biệt như truyền thông mạng

công nghiệp, chức năng công nghệ, và các chức năng an toàn yêu cầu độ tin cậy cao.

CPU được tích hợp sẵn 2 module AI/AO thuận tiện cho việc phân tích tín hiệu Analog

Input và Analog Out put.

Hình 2.11 CPU 313 C

Sau đây là thông số kĩ thuật của CPU 313C:

Đặc điểm Thông số

Đầu vào số tích hợp sẵn 24 DI

Đầu ra số tích hợp sẵn 16 DO

Đầu vào tương tự tích hợp sẵn 4 AI, 1 Pt 100

Đầu ra tương tự tích hợp sẵn 2 AO

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 48

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Nguồn cung cấp 24 VDC

WORKING MEMORY 64 Kbyte

Ngôn ngữ lập trình Step 7, từ V5.1 hoặc cao hơn

Bộ nhớ lưu chương trình MMC ( tối đa 4 MB)

Số đầu vào số tích hợp sẵn 24 ( 24 VDC)

Số đầu ra số tích hợp sẵn 16 ( 24 VDC)

4 AI ( +/-10V, 0 đến 10V, +/- 20mA, 0/4 Đầu vào tương tự tích hợp sẵn đến 20 mA), 1 nhiệt điện trở Pt100

2AO ( +/-10V, 0 đến 10V, +/- 20mA, Đầu ra số tương tự tích hợp sẵn 0/4 đến 20 mA)

Bộ đếm 256

Bộ định thời 256

1024/1024 byte ( có thể định địa chỉ tự Vùng địa chỉ vào/ra: do).

Vùng đệm vào/ra 128/128 byte

Kênh số vào/ra tối đa 992/992

Kênh tương tự vào/ra tối đa 248/124

Khả năng mở rộng modul - Số CPU/Rack tối đa: 1/3

- Số modul tối đa: 31

Tần số chuyển mạch tối đa 100Hz ( tải trở), 0.5 Hz ( tải cảm)

Đồng hồ thời gian thực Kiểu kết nối: MPI

Ngôn ngữ lập trình Step 7 (LAD/FBD/STL), SCL,

GRAPH, HiGraph

Dòng tiêu thụ 0.7A

Công suất tiêu thụ 14W

Kích thước W x H x D: 120 x 125 x 130

Bảng 2.1: Thông số kĩ thuật CPU 313C

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 49

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

2.5.2. Tìm hiểu khái quát về S7 1500

Hình 2.11: SIMATIC S7 1500 và màn hình hiển thị

S7-1500: là dòng sản phẩm mới nhất của siemens, với những ưu điểm vượt bậc.

Tích hợp màn hình panel để xem trạng thái thiết bị và cài đặt. Tích hợp webserver

thông qua Ethernet, có thể xem trạng thái hoạt động trên PC, Smartphone.

Mở rộng tối đa 32 module. Thiết kế gọn, tháo lắp và thay thế dễ dàng tiết kiệm

không gian tủ điện. Điều khiển vị trí chính xác, PID (sai số 1%), xung tốc độ cao.

Tích hợp lên đến cổng Ethernet và có thể setup lớp mạng khác nhau (tùy model).

Tốc độ xử lý busline nhanh gấp 40 lần so với S7-1200 (CPU1512C-1 PN with

48ns).Dễ lập trình bằng phần mềm TIA PORTAL V13 SP1 và có khả năng tự detect

thiết bị chuẩn đoán lỗi, tự loading IP mà không cần setup trên PC. Dễ dàng kết nối PC,

PLC, HMI thông qua Ethernet.

Detect lỗi và hiển thị lên panel và webserver hoặc online kết nối trên PC. Tự

động detect hết lỗi sau khi khắc phục mà không ảnh hưởng đến quá trình làm việc của

các module khác, PLC vẫn hoạt động bình thường. Ngoài những dòng basic còn có

một số loại S7-1500 Safety chuyên dụng cho môi trường khắc nghiệt, cháy nổ.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 50

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

CHƢƠNG III

TỔNG QUAN VỀ WINCC

Thông thường một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition)

yêu cầu một phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human

Machine Interface) cũng như phục vụ việc sử lý và lưu trữ dữ liệu. Phần mềmWinCC

của Siemens là một phần mềm chuyên dụng cho mục đích này.

3.1 Khái niệm.

WinCC là một trong các chương trình ứng dụng Scada trong lĩnh vực dân dụng

và công nghiệp. WinCC được dùng để điều hành các màn hình hiện thị và hệ thống

điều khiển trong tự động hóa sản xuất và quá trình.

WinCC là chữ viết tắt của Window Control Center, là một phần mền 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 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 dữ 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.

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. 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 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, để chuẩn bị,

hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng. Ngoài ra, Alarm Logging còn giúp ta tìm 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

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 51

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

trữ 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.

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

giữa con người và 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.

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

xuất được lập trình trên WinCC, ta 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 lí dữ liệu, tổ chức số liệu một cách linh hoạt

thông qua kiểu lập trình bằng ngôn ngữ C.

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 V7.0 SP3 hỗ trợ các OS sau:

Windows Server 2003 SP2

Windows Server 2003 R2 SP2

Windows Server 2008 SP2 (32-Bit)

Windows XP Professional SP3

Windows XP embedded with SQL Server Express Edition

Windows 7 (Professional / Enterprise / Ultimate) 32-Bit

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 52

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

3.2.Cách sử dụng phần mềm WinCC

3.2.1. Các bƣớc tạo một dự án trên WinCC:

1. Khởi động WinCC.

2. Tạo một Project mới.

3. Bổ xung thiết bị PLC.

4. Định nghĩa các Tag sử dụng.

5. Tạo và soạn thảo một giao diện người dùng.

6. Cài đặt thông số cho Runtime.

7. Chạy chương trình Active.

8. Sử dụng chương trình mô phỏng WinCC Variable Simulator hoặc PLCSIM.

9. Kết nối WinCC với PLC S7 – 300 thật, điều khiển và giám sát trên WinCC

10.Xuất dữ liệu từ WinCC ra Excel

Hình 3.1 Giao diện làm việc của WinCC

3.2.2.Các thành phần chính của cửa sổ dự án .

Máy tính (Computer): Quản lý tất cả các trạm (WorkStation) và trạm chủ

(Server) nằm trong Project

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 53

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Quản lý tag (Tag Managerment): Là khu vực quản lý tất cả các kênh, các quan

hệ Logic, các tag (biến) quá trình (Tag process), tag (biến) trung gian trong PLC (Tag

Internal) và nhóm các nhóm tag (Tag Groups).

Loại dữ liệu (Data Types):Chứa các loại dữ liệu được gán cho các Tag và các

kênh khác nhau.

Các trình soạn thảo Editor :Các trình soạn thảo được liệt kê trong vùng này

dùng để soạn thảo và điều khiển một dự án hoàn chỉnh , chức năng các bộ soạn thảo

cho như bảng sau:

Chƣơng trình soạn thảo Giải thích

Nhận các thông báo từ các quá trình để Alarm Logging chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ các thông (Báo động) báo này

Cho phép các nhóm và người sử dụng điều User Administrator

(Quản lí người dùng) khiển truy nhập.

Chứa các văn bản tùy thuộc ngôn ngữ do người Text Library

(Thư viện văn bản) dùng tạo ra.

Cung cấp hệ thống báo cáo được tích hợp

có thể sử dụng để báo cáo dữ liệu, các giá trị, Report Designer

(Báo cáo) thông báo hiện hành và đã lưu trữ, hệ thống tài

liệu của chính người sử dụng

Bộ soạn thảo này cho phép tạo các hàm và Global Script các thao tác có thể được sử dụng trong một hay (Viết chương trình) nhiều dự án tùy theo kiểu của chúng.

Xử lý các giá trị đo lường và lưu trữ chúng Tag Logging

(Hiển thị giá trị xử lí) trong thời gian dài.

Cung cấp các màn hình hiển thị và kết nối Graphics Designer

(Thiết kế đồ họa) đến các quá trình.

Bảng 3.1 Các bộ soạn thảo trong trung tâm điều khiển ( Control Center)

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 54

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Tất cả các Modul này đều thuộc hệ thống WinCC nhưng nếu không cần thiết thì

không nhất thiết phải cài đặt hết.

Tag (Biến)

Tags WinCC là phần tử trung tâm để truy nhập các giá trị quá trình. Trong một

dự án, chúng nhận một tên và một kiểu dữ liệu duy nhất. Kết nối logic sẽ được gán với

WinCC. Kết nối này xác định rằng kênh nào sẽ chuyển giao giá trị quá trình cho các

biến. Các biến được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu toàn dự án. Khi một chế độ của WinCC

khởi động, tất cả các biến trong một dự án được nạp và cấu trúc Run – time tương ứng

được thiết lập. Mỗi biến được lưu trữ trong quản lí dữ liệu theo một kiểu dữ liệu

chuẩn.

WinCC làm việc với 3 loại Tag:

 Tag nội (Internal Tag):

Là Tag không được kết nối với quá trình dùng để quản lý dữ liệu bên trong 1 project.

 Tag quá trình (Process Tag):

Là Tag được dùng để trao đổi dữ liệu giữa WinCC và quá trình tự động. Thuộc tính

của Tag phụ thuộc vào driver sử dụng.

 Tag hệ thống (System Tag):

Bắt đầu với ký tự @, dùng để quản lý Project, không thể xóa hay chỉnh sửa System

tag.

Ví dụ : @RM_MASTER, @RM_MASTER_NAME…

WinCC quản lý các tag này theo 2 kiểu:

 Kiểu nhóm (Tag group)

 Kiểu cấu trúc (Structure Type)

Nhóm biến chứa tất cả các biến có kết nối logic lẫn nhau.

3.3 Các kiểu dữ liệu

Việc gán kiểu dữ liệu cho biến được thực hiện trong khi tạo một biến mới. Kiểu

dữ liệu của một biến độc lập với kiểu biến ( Biến nội hay biến quá trình). Trong

WinCC, một kiểu dữ liệu nào đó cũng đều có thể được chuyển đổi thành kiểu khác

bằng cách điều chỉnh lại dạng. Biến phải gán một trong các kiểu dữ liệu sau cho mỗi

biến được định cấu hình. Trong quá trình tạo các tag mới chúng ta cần lưu ý chọn kiểu

dữ liệu phù hợp cho tag như vậy thì WinCC mới hiểu và thực hiện đúng với yêu cầu

người lập trình.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 55

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 3.2 Các kiểu dữ liệu trong WinCC

WinCC hỗ trợ Group cho phép ta chứa các tag trong các group khác nhau, nó

giúp ta dễ dàng quản lý các tag trong dự án WinCC khi số lượng tag là lớn.

Tuy nhiên Group chỉ giúp ta lọc các tag, nó không phân biệt tên tag theo Group. Tức là

ta không thể tạo hai tag với tên giống nhau trong hai Group khác nhau. Tên tag được

kểm tra chung trong toàn dự án WinCC.

Ta có thể right click trên thư mục “Internal Tags” hoặc một “Connection” rồi chọn

“New Group…” để tạo một Group trong thư mục tương ứng.Các kiểu dữ liệu ( Data

Types) có trong WinCC:WinCC cung cấp cho chúng ta hầu như hết tất cả các kiểu dữ

liệu thông dụng phù hợp cho việc lập trình điều khiển và giám sát.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 56

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Kiểu dữ liệu Mô tả

Binary Tag Kiểu nhị phân.

Signed 8 – Bit Value Kiểu 8 bit có dấu

Unsigned 8 – Bit Value Kiểu 8 bit không dấu.

Signed 16 – Bit Value Kiểu 16 bit có dấu

Unsigned 16 – Bit Value Kiểu 16 bit không dấu.

Signed 32 – Bit Value Kiểu 32 bit có dấu.

Unsigned 32 – Bit Value Kiểu 32 bit không dấu.

Floating Point Number 32 bit IEEE Kiểu số thực 32 bit theo tiêu chuẩn

754 IEEE 754.

Floating Point Number 64 bit IEEE Kiểu số thực 64 bit theo tiêu chuẩn

754 IEEE 754.

Text Tag 8 bit character set Kiểu ký tự 8 bit..

Text Tag 16 bit character set Kiểu ký tự 16 bit

Tương ứng với một chuỗi BYTE

có đọ dài tối đa là 65535 BYTES, Raw Data type người dùng có thể ghi bất kỳ dữ liệu

gì lên chuỗi BYTE này.

Bảng 3.2 Kiểu dữ liệu ( Data Types) có trong WinCC

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 57

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

CHƢƠNG IV

XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT

DÂY CHUYỀN TRỘN, CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHAI

4.1. Tổng quan về mô hình trộn, chiết rót và đóng nắp chai.

4.1.1. Tổng quan về kết cấu cơ khí

Kết cấu cơ khí thể hiện vị trí bố trí các cảm biến, nút nhấn , PLC, động cơ, bang

tải, piston khí nén….Thông qua giao diện WinCC.

Hình 4.1 Kết cấu cơ khí dây chuyền trộn, chiết rót và đóng nắp chai

4.1.2.Mô hình thực tế.

Dưới đây là mô hình thực tế thể hiện vị trí bố trí các cảm biến, nút nhấn , PLC,

động cơ, băng tải, piston khí nén, Tủ điện…Tủ điều khiển được thiết kế có thể di

chuyển được việc kết nối tủ với băng chuyền thong qua hệ thống BUS cắm. Tủ điện

gồm các thành phần chính bao gồm PLC CPU 313C và Module Analog tích hợp sẵn

với các relay phụ trợ và CB bảo vệ cũng như bộ nguồn cấp cho hệ thống hoạt động. Ở

đây do việc thuê PLC CPU 313C gặp nhiều khó khăn do vậy em đã sử dụng PLC của

Trường ĐH Công Nghiệp TP.HCM cắm bus ngõ vào ra từ PLC vào bus của các cảm

biến thông qua Tủ điện để có thể vận hành mô hình thông qau CPU của trường quá

trình kết nối rất nhanh do đã đánh số vào ra các thiết bị.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 58

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.2 Mô hình thực tế dây chuyền trộn, chiết rót và đóng nắp chai

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 59

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

4.1.3.Liệt kê các thiết bị của dây chuyền.

STT Tên thiết bị Thông số kĩ thuật

PLC Siemens S7 300 CPU 24 ngõ vào 16 ngõ ra 1 313C

Điện Áp: 6 - 36v.

Cảm biến quang E3F-DS30C4 - Dòng: 10mA. 2 30CM

- Khoảng Cách: 3 - 30cm.

Điện áp: 24 VDC

3 Động cơ giảm tốc 24VDC Tốc độ: 1000rpm/min

Công suất 50W

Điện áp 18- 30 VDC

4 Cảm biến siêu âm

Ngõ ra 0-10VDC hoặc 4- 20mA

Cảm biến từ Điện áp 10 đến 28 VDC 5

Điện áp 12-24 VDC

Cảm biến điện dung 6

Ngõ ra max 200mA

Máy bơm nước Điện áp: 220V. Tần số 50Hz. 7

Bảng 4.1 Liệt kê các thiết bị của dây chuyền

4.1.4.Hệ thống ngõ vào ra (I/O PLC)

Hệ thống ngõ vào ra (I/O PLC)

Sau đây là thống kê tài nguyên các hệ thống ngõ vào ra trong PLC và các thiết bị .

Các ngõ vào ra được kí hiệu đánh số để dễ dàng phân biệt. Mỗi thiết bị trong mô hình

được lien kết với PLC thông qua các ngõ vào ra của PLC.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 60

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

I/O STT Miêu tả

I0.0 1 Nút Nhấn Khởi động START

I0.1 2 Nút Nhấn dừng Stop

I0.2 3 Nút Nhấn RESET

4 I0.3 Công Tắc Chuyển AUTO & MANUAL

Cảm biến đầu băng tải dùng để dừng băng tải và bơm I0.4 5 nước vào chai.

Cảm biến điện dung phát hiện mực nước trên ở trong I0.5 6 chai khi bơm.

Cảm biến quang gần cuối băng tải dung để phát hiện I0.6 7 chai di chuyển tới vị trí đóng nắp.

Cảm biến từ hành trình xinh lanh ( Phát hiện xinh lanh đi I0.7 8 xuống)

Cảm biến từ hành trình xinh lanh ( Phát hiện xinh lanh đi I1.1 9 lên)

Cảm biến quang ở cuối băng tải dung để phát hiện chai 10 I1.2 khi hoàn tất quá trình và đếm sản phẩm.

11 I1.3 Cảm biến quang phát hiện chai đến vị trí lấy nắp

12 Q0.0 Điều khiển động cơ băng tải

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 61

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

13 Q0.1 Bơm nước vào chai

14 Q0.2 Điều khiển PITTON chứa Motor vặn nắp đi xuống

15 Q0.3 Điều khiển PITTON kẹp.

16 Q0.4 Điều khiển Motor văn nắp

17 Q0.5 Điều khiển Motor trộn

18 Q0.6 Điều khiển Van Từ ở bồn 1

19 Q0.7 Điều khiển Van Từ ở bồn 2

20 Q1.0 Cảnh báo Alarm

Bảng 4.2 Hệ thống ngõ vào ra PLC

STT Ô nhớ Mô tả

1 MD4 Tín hiệu ngõ vào Scale

Chuyển MD4 từ số thực sang số 2 MD12 nguyên lưu vào MD12

Giá trị nhập vào trong SIDER1 ( Bồn 3 MW 104 1)

Giá trị nhập vào trong SIDER2 ( Bồn 4 MW 108 2)

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 62

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Cài đặt giá trị tựu động bơm lại nước MW 220 5 trong bồn.

MD 112 Chuyển giá trị MW 104 sang số thực 6

MD 116 Chuyển giá trị MW 108 sang số thực 7

MD 228 Chuyển giá trị MW 220 sang số thực 8

Giá trị sau khi tính toán mực nước cần MD 134 9 bơm thơm vào bồn

Chuyển số thực sang số nguyên hiển 10 MD 130 -> MD 140 thị giá trị cần cài đăt trên SIDER1

MW214 Lưu giá trị đếm sản phẩm 11

MW216 Cài đặt giá trị sản phẩm cần chạy 12

MW 200 Lưu giá trị Timer 0 13

MW 202 Lưu giá trị Timer 1 14

MW 204 Lưu giá trị Timer 2 15

MW 206 Lưu giá trị Timer 3 16

MW 208 Lưu giá trị Timer 4 17

MW 210 Lưu giá trị Timer 5 18

Bảng 4.3 Các ô nhớ sử dụng trong PLC

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 63

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.3 Cấu hình PLC s7 300 CPU 313C

CPU 313C tích hợp 24 ngõ vào ( Input ) và 16 Ngõ ra ( Output ) kết hợp với 2

module Analog AI /AO với với 5 ngõ vào AI và 2 ngõ ra AONguồn nuôi cho PLC là

nguồn 24 VDC PLC kết nối với máy tính và WinCC qua cổng MPI.

DI Tương ứng với +0 các ngõ vào từ I0.0 đến I0.7

DI Tương ứng với +1 các ngõ vào từ I1.0 đến I1.7

DI Tương ứng với +2 các ngõ vào từ I2.0 đến I2.7

D0 Tương ứng với +0 các ngõ vào từ Q0.0 đến Q0.7

D0 Tương ứng với +1 các ngõ vào từ Q1.0 đến Q1.7.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 64

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

4.1.5.Sơ đồ kết nối I/O PLC

Hình 4.4 Sơ đồ kết nối I/O PLC S7 300 CPU 313C theo kiểu sink

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 65

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

4.1.6.Nguyên lý hoạt động của dây chuyền.

Hệ thống hoạt động gồm 2 giai đoạn chính.

4.1.6.1.Giai đoạn trộn nhiên liệu.

Hình 4.5 Khâu trộn nhiên liệu

Chương trình PLC điều khiển van điện tử để điều tiết lượng nước từ 2 bồn

nguyên liệu đưa vào bồn trộn theo tỉ lệ được cài đặt trước.

Trong quá trình bơm nhiên liệu vào bồn trộn hệ thống phần mềm SCADA sẽ

giám sát và đưa ra cảnh báo khi cần thiết, các thông số của bồn trộn sẽ hiển thị lên màn

hình máy tính để người vận hành dễ dàng quan sát.

Việc thay đổi giá trị cài đặt lượng nhiên liệu sẽ được thực hiện trực tiếp trên màn

hình máy tính thông qua phần mềm WinCC. Ban đầu khi nhấn Nút START hệ thống

sẽ thu tín hiệu từ cảm biến siêu âm về PLC để biết được dung tích nước có sẵn trong

bồn trộn. Khi hệ thống báo về với dung lượng cụ thể thì Phần mềm sẽ phân tích và đưa

ra các phương án sau:

Nếu lượng nước trong bồn <= 10 % Thì hệ thống sẽ đưa ra cảnh báo và mở van 1

để mở nước vào bồn trộn. Khi tỉ lệ bơm đạt với tỉ lệ đặt cho bồn 1 thì hệ thống sẽ tắt

van 1 và khởi động van 2 . Van 2 được bơm vào đúng tỉ lệ được chọn khi đầy bồn hệ

thống tắt Van 2 và tiến hành trộn.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 66

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Trong quá trình chiết rót nước vào chai nếu tỉ lệ nước trong bồn trộn thấp hơn giá

trị đặt ( AUTO VAL ) thì hệ thống tự động dừng tất cả hoạt dộng chiết rót và tiến hành

bơm nhiên liệu vào bồn trộn. Sauk hi quá trình trộn hoàn tất thì hệ thống tiếp tục hoạt

động bình thường.

4.1.6.2.Giai đoạn chiết rót và đóng nắp chai.

PLC sẽ điều khiển hệ thống băng tải tuần tự.

Khi quá trình trộn diễn ra hoàn tất sẽ chuyển sang giai đoạn chiết rót và đóng nắp

chai. Băng tải Q0.0 hoạt động đưa chai di chuyển theo khi chai gặp cảm biến I0.4 ON

băng tải dừng, máy bơm Q0.1 bơm nước vào chai.

Khi nước trong chai được bơm đến vị trí cài đặt sẵn cảm biến I0.5 ON bơm Q0.1

tắt và băng tải Q0.0 tiếp tục hoạt động đưa chai qua vị trí lấy nắp, và tiếp tục di chuyển

tới gặp cảm biến I0.6 ON thì chai dừng, piston Q0.3 kẹp chai ngay vị trí piston Q0.2

mang động cơ vặn nắp đi xuống và động cơ quay Q0.4 vặn nắp chai.

Sau 4s piston Q0.2 đi lên động cơ vặn nắp Q0.4 ngừng quay, Khi cảm biến hành

trình xi lanh trên I1.1 ON , piston Q0.3 kẹp mở ra và băng tải Q0.0 tiếp tục di chuyển

hoàn tất quá trình đóng nắp chai tiếp tục di chuyển gặp cảm biến I1.2 counter đếm số

lượng sản phẩm ON. Khi đang ở chế độ Auto, nếu không nhấn Stop(I0.1) thì hệ thống

tiếp tục hoạt động. Nếu nhấn Stop(I0.1) thì hệ thống dừng khi I1.2 ON.

Khi đang ở chế độ Manual, hệ thống dừng khi cảm biến I1.2 ON. Quá trình trộn

chiết rót và đóng nắp chai hoàn tất.

( )

4.1.6.3.Lƣu đồ giải thuật

Đặt ( ) ( )

Khi đó A sẽ là giá trị tính toán để có thể bơm nước vào bồn trộn sao cho tỉ lệ giữa

TANK1 và TANK 2 đúng với tỉ lệ nước đã cài đặt ban đầu.

Giá trị của A sẽ phụ thuộc vào lượng nước còn lại trong bồn trộn từ đó PLC tính

toán và đưa ra cảnh báo hoặc bật tắt các VAN ,Bơm một cách hợp lý. Sau khi nhấn nút

Start PLC sẽ đo lượng nước còn lại trong bồn trộn từ đó đưa ra tín hiệu xử lý lượng

nước bơm vào bồn trộn theo đúng tỉ lệ của TANK1 và TANK2. Trong quá trình chiết

nước vào chai hệ thống sẽ luôn tính toán và so sánh mực nước trong bồn trộn với

lượng nước cài đặt AUTO ( Tự động bơm lại) để có thể bơm đúng tỉ lệ cho trước

không cần phải cài đặt lại hệ thống trộn.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 67

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 68

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 69

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.6 Lưu đồ giải thuật

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 70

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

4.1.7. Phân công vào ra và lập bảng đồ tài nguyên

Liệt kê vào bản đồ bộ nhớ, định rõ địa chỉ cho từng biến. Khi viết chương trình, sử

dụng các biến vào ra theo tên thay vì sử dụng trực tiếp địa chỉ biến.

Bảng 4.4 Bảng đồ tài nguyên.

4.1.8 Viết chƣơng trình PLC

Ta thực hiện tuần tự các bước như sau:

1/ Mở chƣơng trình SIMATIC Manager lên theo đƣờng dẫn "C:\Program

Files\Siemens\Step7\S7BIN\S7tgtopx.exe".

Click chuột trái chọn File-> New.

Ta tạo một file làm việc mới đặ tên cho file làm việc đó và cài đặt các thông số phù

hợp.

Đặt tên cho Project ở mục Name rồi bấn ok (hình 4.6).

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 71

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.7 Tạo trang làm việc mới trong SIMATIC S7 300

2/ Menu Insert> Station > 2 Simatic 300 Station (hình 4.7)

Hình 4.8 Chọn cấu hình trong SIMATIC S7 300

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 72

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

3/ Nhấp đúp mở mục Hardware, cửa sổ HW Config mở ra, chọn các module cho

cấu hình phần cứng trạm. Gồm CPU 313C (hình 4.8). sau đó bấm Save để lưu lại.

Hình 4.9 Chọn cấu hình trong SIMATIC S7 300

4/ Tắt cửa sổ HW Config, mở khối OB1 (hình 4.9) hiện ra bảng thông tin như ở mục

Created in Language chọn LAD để lập trình dạng Ladder > OK

Hinh 4.10 Khối OB1 trong SIMATIC S7 300

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 73

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

5/ Cửa sổ LAD/STL/FBD mở ra, đây là nơi viết chƣơng trình cho PLC.

Hinh 4.11 Giao diện lập trình PLC

Sau khi viết chương trình ta có thể download vào PLC-SIM để chạy thử. Mở

PLC-SIM theo đường dẫn: "C:\Program Files\Siemens\Plcsim\s7wsi\s7wsvapx.exe"

hoặc click vào biểu tượng trên màn hình Simatic S7 manager.

Hình 4.12 PLC-SIM

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 74

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Lưu ý:

PLC-SIM có 3 chế độ tương ứng trên CPU thật. Chế độ RUN-P: Khi kích hoạt

chế độ này ta có thể chỉnh sửa hay download chương trình mà không phải STOP. Chế

độ “RUN” và “STOP” tương ứng chạy và dừng thông thường.

Nút “MRES” dùng để xóa bộ nhớ trên PLC-SIM, nút này không hoạt động ở chế

độ “RUN”. Sau khi viết và kiểm tra chương trình ta có được chương trình hoàn chỉnh

dạng Ladder.

(xem phần phụ lục)

4.2 : Thiết kế giao diện SCADA điều khiển và giám sát.

4.2.1 Giới thiệu về giao diện thiết kế SCADA

Sau khi tìm hiểu công nghệ các dây chuyền sản xuất nước uống đóng chai kết

hợp với kiến thức tìm hiểu về S7-300 và WinCC, em đưa ra phương án thiết kế mô

phỏng hệ thống máy trộn, chiết rót, đóng nắp với các đặc điểm kỹ thuật như sau: Giao

diện mô phỏng trện WinCC gồm 9 Graphics:

Hình 4.13 Graphics chính trong WinCC

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 75

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

MAINPROGRAM: Chứa thông tin giới thiệu về đồ án, giáo viên hướng dẫn, sinh viên thực hiện. Ngoài ra còn có 4 nút nhấn vào và thoát Runtime. Ở đây chúng ta cần đăng nhập để có thể vào điều khiển hay chỉ giám sát hệ thống .

Hình 4.14 Graphics chính trong WinCC

ADMIN: Đây là graphics giao diện chính của quá trình trộn, chiết rót, đóng nắp

chai cùng các nút điều khiển, màn hình hiển thị số lượng…

Hình 4.15 Graphics Giao diện điều khiển chính trong WinCC

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 76

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

VAN1- VAN2 - BOM : Điều khiển qua trình bật tắt các thiết bị van và bơm ở chế

độ MANUAL. Giao diện này chỉ hoạt động khi đặt ở chế độ MANUAL và khởi động

nhấn nút VAN1,VAN2 hoặc BOM trong giao diện ADMIN.

Hình 4.16 Graphics Giao diện điều khiển màn hình nhỏ trong WinCC

ALARM: Đây là graphics giao diện cảnh báo mức ALARM khi mà mực nước

trong TANK1 và TANK2 lên quá cao hay xuống quá thấp hiển thị trên màn hình

ADMIN.

Hình 4.17 Graphics Giao diện cảnh báo ALARM trong WinCC

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 77

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

USER: Đây là graphics giao diện chính của quá trình trộn, chiết rót, đóng nắp

chai cùng các nút điều khiển, màn hình hiển thị số lượng…Người người dùng chỉ có

thể quan sát hệ thống. Nếu muốn điều khiển hệ thống cần có mật khẩu của nhà quản trị

ADMIN để có thể vận hành hệ thống từ giao diện này.

Nhấn LOGIN để đăng nhập và LOG OUT để đăng xuất.

Hình 4.18 Graphics Giao diện Màn hình chính Login Lout trong WinCC

Hình 4.19 Graphics bảng điều khiển chính trong WinCC

EXPORT: Đây là graphics giao diện cảnh báo mức ALARM khi mà mực nước

trong TANK1 và TANK2 lên quá cao hay xuống quá thấp và xuất hiện khi nhấn nút

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 78

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

EXPORT trên màn hình ADMIN và khi có cảnh báo LOW hoặc HIGHT. Ở đây chúng

ta có thể xuất dữ liệu ra ngoài Excel để theo dõi qua trình của hệ thống.

Hình 4.20 Graphics bảng điều khiển chính Login Lout trong WinCC

Hệ thống hoạt động hoàn toàn ở chế độ tự động. Người vận hành có thể khởi

động hệ thống trực tiếp từ bàn điều khiển hoặc có thể khởi động từ giao diện giám sát

trên máy tính. Quá trình hoạt động của hệ thống là liên tục từ khi nhấn nút „„START“

cho đến khi người điều khiển nhấn nút „„STOP“ hoặc „„RESET“.

Các chuyển động trong mô hình được viết bằng ngôn ngữ C-Sript. Các cảm biến

hoạt động giống như trong thực tế, khi vật thể đi vào vùng quét của cảm biến thì cảm

biến sẽ tác động rồi gửi tín hiệu về chương trình PLC. Để đáp ứng yêu cầu thực tế, hệ

thống có phân quyền người quản trị, một số chức năng trong mô hình có thể bị giới

hạn khi chưa đăng nhập.

4.2.2 Hệ thống trộn, chiết rót và đóng nắp chai:

Mô hình gồm các thành phần chính và chức năng từng thành phần: Bồn trộn:

Gồm có 3 bồn bao gồm 2 bồn cấp nhiên liệu và 1 bồn trộn nhiên liệu.

Băng tải : Vận chuyển chai rỗng từ nơi cấp chai đến hệ thống chiết rót, lấy nắp và

đóng nắp chai theo một đường thẳng.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 79

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Sensor 1: Nhận diện có chai đi vào dây chuyền ở vị trí chiết rót nước .

Sensor 2: Nhận diện mực nước trong chai

Sensor 3: Nhận diện có chai đi vào vị trí lấy nắp

Sensor 4: Nhận diện có chai đi vào vị trí kẹp và vặn nắp

Sensor 5: Cảm biến hành trình piton trên

Sensor 6: Cảm biến hành trình piton dưới

Sensor 7: Nhận diện và đếm số chai thành phẩm.

Bộ phận chiết nước vào chai.

Bộ phận lấy nắp

Bộ phận vặn nắp

Các nút nhấn, bảng thông báo trạng thái, hiển thị số lượng, khung đăng nhập.

4.2.3 Yêu cầu công nghệ:

Khi chọn chế độ AUTO hệ thống sẽ hoạt động hoàn toàn tự động sau khi người

vận hành ấn nút Start. Nhưng một yêu cầu đặt ra là, việc giám sát hoạt động của hệ

thống cũng cần thực hiện tự động. Điều này là thực sự cần thiết vì những lý do sau:

- Trình điều khiển và giám sát gắn liền với nhau nhằm thực hiện một giải pháp hỗ trợ

con người trong việc quan sát và điều khiển từ xa.

- Đảm bảo sự hoạt động ổn định và tăng tính tin cậy của hệ thống.

- Theo dõi được mọi diễn biến của quá trình, tình trạng thiết bị, trạng thái hệ thống

một cách nhanh chóng, chính xác.

- Dễ dàng phát hiện sự cố để có những biện pháp điều chỉnh kịp thời. Vì vậy việc thiết

kế hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống trên WinCC phải đảm bảo các yêu cầu

- Quá trình vận hành được thực hiện một cách hoàn toàn tự động.

- Quá trình điều khiển phải đúng qui trình công nghệ đảm bảo yêu cầu công nghệ.

- Người vận hành dễ dàng giám sát trạng thái hoạt động của hệ thống, theo dõi diễn

biến các quá trình.

- Dễ dàng phát hiện các sự cố để có những biện pháp xử lý kịp thời.

- Các giao diện thân thiện, linh hoạt và dễ dàng sử dụng.

4.3. Thiết kế mô phỏng trên WinCC:

4.3.1 Tạo giao diện làm việc mới

Dưới đây em xin trình bày các bước để tạo một Project WinCC.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 80

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Khởi động chương trình WinCC V7.0 trên Windows 7 bằng cách nhấp chọn :

Start > All programs > Siemens Automation > Simatic > WinCC > WinCC Explorer

sau đó chọn File > New

Hình 4.21 Tạo giao diện làm việc mới trong WinCC

Hộp thoại WinCC Explorer xuất hiện trong khung Create a New Project có 3 lựa

chọn:

 Single – User Project.

 Multi – User Project.

 Client Project.

Nếu chọn Single – User Project hoặc Multi – User Project, phải nhập tên dự án.

Để mở dự án có sẵn, chọn Open an Existing Project. Sau đó, tìm đến file có phần mở

rộng “.mcp”.

Dự án này được thực hiện trên máy đơn không có nối mạng nên ta chọn mục

Single User Project sau đó nhấp OK chấp nhận hộp thoại Create a new project xuất

hiện, đặt tên cho dự án trong khung Project name: purpose. Trong khung Project Path,

chọn ổ đĩa và thư mục để lưu trữ dự án: D. Tiếp tục nhấn nút Create tạo dự án.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 81

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.22 Tạo giao diện làm việc mới trong WinCC

Cửa sổ soạn thảo WinCCExplorer xuất hiện như hình 4.19

Đây là cửa sổ giao diện chính trong WinCC chúng ta thiết kế giao diện Tạo tag name

hay phần quyền, tạo cảnh báo Alarm, ….Tất cả đều được thực hiện trên giao diện

WinCCExplorer

 Ở đây chúng ta có thể tạo ảnh mới ( Graphics Designer)

 Tạo cảnh báo Alarm ( Alarm Logging )

 Viết chương trình Scrip ( Globar Scrip )

 Thiết lập quyền truy cập ( User Administrator )

 Thiết lập cấu hình các Tag nội hoặc Tag ngoại ( Tag Management )

 Thu thập, lưu trữ và nén các giá trị đo dưới nhiều dạng khác nhau ( Tag

Logging )

 Tạo các thông báo, báo cáo và các kết quả này được lưu dưới dạng các trang

nhật ký sự kiện (Report Designer )

Và rất nhiều tính năng khác không đề cập trong khóa luận này….

Để tạo giao diện đẹp mắt phù hợp với môi trường công nghiệp chúng ta cần vận

dụng linh hoạt tất cả các tính năng sẵn có của WinCC Explorer để có thể tận dụng

được ưu điểm của nó. Sau đây là giao diện WinCC Explorer.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 82

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.23 WinCC Explorer

Chọn PLC hoặc driver từ Tag Management.

Để thiết lập kết nối truyền thông giữa WinCC với các thiết bị, cần có một mạng

liên kết chung với nhau trong việc trao đổ dữ liệu. Do đó cần chọn một Driver. Driver:

là giao diện liên kết giữa WinCC và PLC. Trong dự án này, nhấp chuột phải vào Tag

Management. Từ trình đơn xổ xuống, chọn Add New Driver. Hộp thoại Add New

Driver xuất hiện, cho phép chọn mạng kết nối giữa WinCC và PLC. Nhấp chọn mạng

Simatic S7 Protocol Suite.chn (kết nối với PLC S7 – 300) và nhấp Open để mở.

Trong mục SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE nhấp chuột phải lên mục MPI

chọn “New Driver Conection..” như hình 4.24. Chọn MPI mục đích nhằm kết nối

PLC thật với phần mềm WinCC thông qua cáp nối cổng RS232 của PC với RS 485

của PLC.Tốc độ chuyền dữ liệu nhanh hay chậm phụ thuộc vào cấu hình máy tính PC.

Lưu ý: Chúng ta cần tắt biểu tượng Deactivate trước khi thiết lập cấu hình Driver cho

WinCC .

Trong quá trình hoạt động của PLC ta cũng có thể truyền hay nạp chương trình xuống

PLC một cacsi bình thường và PLC sẽ hoạt dộng theo chương trình mới

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 83

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.24 Chọn Driver cho WinCC với S7 300

Hộp thoại Connection properties xuất hiện để khai báo thuộc tính kết nối. Tại

mục Name, đặt tên S7 300. Nhấp chọnOK chấp nhận. Trở lại giao diện soạn thảo

WinCCExplorer, cổng kết Simatic S7 Protocol Suite.chn hiển thị trạm S7 300 hình

4.22.

Hình 4.25 Chọn Driver cho WinCC với S7 300

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 84

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

4.3.2 Tạo biến

Để tạo kết nối các thiết bị của một dự án trong WinCC, trước tiên phải tạo các

Tags (biến) trên WinCC. Biến được tạo trên Tag Management.

Biến gồm có biến nội (Internal Tags) và biến quá trình (Process Tags).

Biến nội (Internal). Là biến có sẵn trong WinCC. Những biến nội này là vùng nhớ

trong WinCC, nó có chức năng như một PLC thực sự.

Hình 4.26 Tag nội trong WinCC

Biến quá trình (Process).Là biến quá trình, nó phản ánh thông tin địa chỉ của hệ

thống PLC khác nhau.

Các Tags được lưu trong bộ nhớ PLC hoặc trên các thiết bị khác. Chương trình

WinCC kết nối với PLC thộng qua các Tags.Tạo những nhóm biến (Tags Groups) thiết

bị.

Khi dự án có một khối lượng dữ liệu với nhiều biến, các biến này tổ chức thành

một nhóm biến sao cho thích hợp, đúng qui cách. Nhóm biến là những cấu trúc bên

dưới sự kết nối PLC, người thiết kế có thể tạo nhiều nhóm biến và biến trong mỗi

nhóm biến nếu cần.

Để tạo nhóm biến, nhấp phải chuột vào S7_300 và chọn mục New Group. Hộp

thoại Propertise of tag group xuất hiện. Đặt tên nhóm ở mục Name là MOTOR, tương

tự ta tạo thêm các nhóm Tag có tên TANK_LEVEL, SENSOR, CONTROL,

DEMSANPHAM, ALARM_TANK và MANUAL_VAL.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 85

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.27 Tag Ngoại trong WinCC

Tạo biến quá trình (biến ngoại). Để thiết lập biến quá trình, nhấp phải vào nhóm

biến MOTOR, chọn New Tag…Hộp thoại Tag Properties xuất hiện. Tab General được

chọn mặc định. Thiết lập tham số ở các mục như sau: Trong khung Properties of Tags,

nhập tên biến ở mục Name là MOTOR_BT.

Hình 4.28 Hộp thoại tạo tag trong WinCC

Tại mục Data Type, nhấp mũi tên xổ xuống và chọn kiểu dữ liệu Binary Tag.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 86

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Ở mục Address nhấp nút Select. Hôp thoại Address Properties xuất hiện (hình 4.26). Trong khung Description, chọn thông số ở các mục như sau:

Hình 4.29 Hộp thoại chọn địa chỉ tag trong WinCC

Trong hộp thoại này ta có thể thiết lập các thông số tag ngõ vào, ngõ ra hoặc có thể là

world. Việc chọn địa chỉ cho tag rất quan trọng để ta có thể kết nối với PLC thông qua

các địa chỉ này.

Mục Data, chọn dữ liệu OUTPUT ( Do ta đang thiết lập cho biến điều khiển motor

băng tải) Mục Address, chọn địa chỉ có trong PLC, là Bit.

Mục Q, nhập 0 Bit 0 tương ứng địa chỉ Q0.0 trong chương trình S7-300 Các mục khác

chọn như mặc định, nhấp OK chấp nhận.

Đối với biến là ngõ vào trên PLC, mục Data ta chọn Input hoặc nếu sử dụng biến trạng

thái thì ta chọn Bit memory.

Với biến mang kiểu dữ liệu Word hay Byte, trong mục Data chọn Unsigned 8 – Bit

Value: kiểu 8 bit không dấu hoặc Unsigned 16 – Bit Value: kiểu 16 bit không dấu….

Sau khi tạo xong biến ta có các nhóm biến như sau: Hình 4.30

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 87

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.30 Giao diện các tag trong WinCC

Hình 4.31 Tag Group Control

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 88

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.32 Tag Group Sensor

Group tag Sensor bao gồm các cảm biến trong mô hình.

Đây là các tag ngoại liên kết WinCC với PLC thông qua cáp MPI.

Hình 4.33 Tag Group Demsanpham

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 89

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.34 Tag Group Tank_Level

Hình 4.35 Tag Group Manual_Val

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 90

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

4.3.2 Tạo ảnh:

Để tạo ảnh, đầu tiên phải mở giao diện đồ họa bằng cách nhấp phải vào mục Graphics

Designer, chọn mục New picture từ trình đơn xổ xuống:

Hình 4.36 Giao diện tạo ảnh mới

Bên phải WinCCExplorer có tên NewPdlo.Pdl. Nếu một dự án lớn có nhiều khâu

điều khiển, có thể tạo nhiều File ảnh để hiển thị và tạo nút chuyển đổi giữa các File

ảnh với nhau để việc giám sát và điều khiển dễ dàng hơn. Đổi tên bức ảnh vừa tạo

bằng cách nhấp chuột phải vào mục NewPdl.Pdl, từ trình đơn xổ xuống chọn Rename

picture.

Hộp thoại New Name xuất hiện, nhập tên cho ảnh là ADMIN.

Nhấp OK chấp nhận.

Tương tự, tạo file ảnh có tên như hình trên.

Để mở file ADMIN, nhấp chuột phải chọn Open Picture.

Cửa sổ giao diện thiết kế đồ họa Graphics Designer xuất hiện.

Ở đây ta thiết kế các đối tượng cần thiết để tạo thành một hệ thống kết nối với S7 300

thông qua MPI.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 91

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.37 Cửa sổ giao diện thiết kế đồ họa Graphics

Trên cửa sổ Graphics Designer: thiết lập những bức ảnh xử lý, giám sát và điều khiển

từ những công cụ sau:

Color Palette (bảng màu): gồm có 16 màu tiêu chuẩn, có thể gán cho màu nền

hoặc đối tượng khác.

Object Palette (bảng đối tượng) bao gồm:

Các đối tượng chuẩn (Standard Object) nhƣ: Ellipse, đa giác (Polygon), hình

chữ nhật (Rectangle), cung tròn (Circular Arc) …

Các đối tượng thông minh (Smart Object): điều khiển OLE (OLE control),

thanhg phần OLE (OLE elements),trường vào/ra (I/O field).

Đối tượngWindows (Windows Object): gồm nút nhấn (Button), hộp kiểm tra

(Check box), thanh trượt (Slider Object)…

Dynamic Wizard Palette (bảng hình động) dung hỗ trợ cho việc tạo các đối

tượng động cho mô hình thiết kế.

Alignment Palette (bảng canh chỉnh vị trí): xác định việc thay đổi vị trí cho một

hoặc nhiều đối tượng, thay đổi vị trí của đối tượng được chọn hoặc hợp nhất chiều cao

và chiều rộng của nhiều đối tượng.

Zoom Palette (Bảng Zoom): phóng to, thu nhỏ cửa sổ màn hình đồ họa bằng

cách di chuyển thanh trượt.

Menu bar (thanh ghi tùy chọn): Gồm tất cả những lệnh có sẵn trên thanh

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 92

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

trình đơn của giao diện thiết kế Graphics Designer.

Standard Toolbar (Thanh công cụ chuẩn): bao gồm những biểu tượng hoặc nút

nhấn. Cho phép thực hiện những lệnh thông dụng như: mở file mới (New), mở file có

sẵn (Open), lưu File ảnh (Save), sao chép (copy), cắt (cut), dán (paste),…

Layer Bar (thanh Layer): bao gồm 16 Layer (Layer 0 – 15). Layer 0 để thiết lập

mặc định của Graphics Designer.

4.3.3 Thiết lập các thuộc tính hình ảnh

4.3.3.1. Thiết lập chuyển đổi các file ảnh

Mục tiêu của việc thiết lập chuyển đổi giữa các file ảnh là ta có thể linh hoạt

chuyển dổi giữa các cửa sổ làm việc với nhau.Do giao diện hiển thị của màn hình HMI

có giwosi hạn vì vậy việc chuyển đổ giữa các file ảnh là rất cần thiết. Giúp tiết kiệm

không gian hiển thị, và giúp tang tính linh hoạt trong việc chuyển đổi và lập trình tăng

tính chuyên nghiệp và tiện lợi khi điều khiển và giám sát thông qua màn hình HMI.

Để thiết lập các thuộc tính hình ảnh, đầu tiên cần tạo các File ảnh: Dùng File

ADMIN. pdl tạo giao diện gồm có: băng tải, chai nước, động cơ, các bộ phận chiết,

đóng nắp, khu vực hiển thị thông báo và các nút nhấn. Những đối trượng này nằm

trong thư viện của WinCC hoặc được bổ sung từ bên ngoài.

Việc đầu tiên cần tạo các nút nhấn cho phép chuyển đổi qua lại giữa ba File ảnh

ADMIN.pdl, MAINPROGRAM.pdl và USER.pdl. trong thời gian chạy Runtime. Tạo

nút nhấn chuyển hình ảnh Từ bản đối tượng Object Palette, nhấp vào dấu “ + ” trước

mục Windows Objects chọn Botton.

Sau đó di chuyển con trỏ ra màn hình thiết kế, nhấn vẽ nút nhấn đến kích thước

thích hợp. Nhấp chuột kết thúc lệnh vẽ. Khi nhấp thả chuột, hộp thoại Button

Configuration xuất hiện. Tại mục Text, nhập tên cho nút nhấn là DIEU KHIEN VA

GIAM SAT. Chọn màu chữ ở mục Color. Các mục khác vẫn giữ như mặc định. Trong

khung Change Picture on Mouse Click, nhấn chọn biểu tượng file ảnh như hình 4.38

Việc chuyển đổi giữa các file ảnh giúp ta linh hoạt trong việc chuyển đổi giữa các giao

diện.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 93

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.38 Cửa sổ giao diện thiết kế đồ họa Graphics

Hộp thoại Picture xuất hiện. Chọn file ADMIN.pdl, nhấn OK chấp nhận. Trở lại

hộp thoại Button Configuration. Lúc này, trong khung Change Picture on Click, file

ADMIN.pdl được chọn. Nhấp OK chấp nhận thiết lập.

Tương tự với hai hình còn lại, khi muốn gán chức năng chuyển hình cho nút nhấn ta

chỉ cần gán tên hình ảnh đó vào mục Change Picture on Mouse Click trong thuộc tính

nút nhấn.

Trở lại giao diện Graphics Designer, nút nhấn DIEU KHIEN VA GIAM SAT được

thiết lập.

Đổi màu nền nút nhấn bằng cách, di chuyển con trỏ đến bảng màu và chọn màu

hiển thị.

Thực hiện tương tự để thiết lập thêm nút nhấn và đặc tên GIAM SAT HE THONG,

gán chonút nhấn file ảnh USER.pdl .

4.3.3.2. Tạo nút nhấn Tag

Để tạo một nút nhấn tác động vào các Tag quá trình ta cũng tạo một nút nhấn

tương tự như trên nhưng trong mục Change Picture on Mouse Click để trống, nhấp

chuột phải vào đối tượng nút nhấn chọn Propertiessẽ hiện ra cửa sổ Object Properties

(Hình 4.)

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 94

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.39 Cửa sổ cài đặt Tag

Để thiết lập thuộc tính cho nút nhấn ta nhấn đúp vào Press left và Release left như hai

hình sau:

Hình 4.40 Cửa sổ cài đặt Tag khi tag On

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 95

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.41 Cửa sổ cài đặt Tag khi tag Off

PRESS LEFT : Có constant =1 Nghĩa là nhấn chuột trái vào nút để Set Tag

“START1” lên 1, tương ứng M0.0=1 trên chương trình PLC

RELEASE LEFT : Có constant =0 Nghĩa là nhấn chuột trái vào nút để Set Tag

“START1” lên 1, tương ứng M0.0=0 trên chương trình PLC Những mục đã được gắn

Direct-Action sẽ có mũi tên màu xanh đậm.

4.3.4. Tạo nút nhấn thoát chƣơng trình:

Nút nhấn thoát chương trình có nhiệm vụ thoát khỏi hệ thống khi đang chạy

Runtimer.

Từ bản đối tượng Object Palette, nhấp vào dấu “ + ” trước mục Windows Objects

chọn Botton. Sau đó di chuyển con trỏ ra màn hình thiết kế, nhấn vẽ nút nhấn đến kích

thước thích hợp. Nhấp chuột kết thúc lệnh vẽ.

Tại mục Dynamic Wizard chọn Exit WinCC Runtime sẽ hiện ra cửa sổ

(hình4.24) để chọn 1 trong 3 hành động: Left mouse key: nhấn chuột trái Mouse click :

nhấn bất kỳ chuột nào Right mouse click: nhấn chuột phải

Nếu không có hộp thoại Dynamic Wizard thì ta nhấn chuột phải vào vùng trống

phía góc dưới trên WinCC và chọn Dynamic Wizard.

Nhấn Finish để hoàn tất.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 96

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.42 Cửa sổ cài đặt Exit WinCC

4.3.5 Tạo nút nhấn đăng nhập và đăng xuất:

Tương tự với nút nhấn Tag nhưng mã C-sript được gán vào mục Mouse Action

với nội dung như sau:

 Nút Log-on:

#include "apdefap.h" void OnClick(char* lpszPictureName, char* lpszObjectName,

char* lpszPropertyName)

{

#pragma code ("useadmin.dll")

#include "PWRT_api.h"

#pragma code()

PWRTLogin('c');

}

Nút Log-out:

#include "apdefap.h" void OnClick(char* lpszPictureName, char* lpszObjectName,

char*lpszPropertyName)

{

#pragma code ("useadmin.dll")

#include "PWRT_api.h"

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 97

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

#pragma code()

PWRTLogout();

}

Khi nhấn vào nút Log-in chương trình sẽ hiện ra khung yêu cầu đăng nhập để

thực hiện các chức năng bị hạn chế quyền truy cập. Nhấn nút Log-out để đăng xuất.

4.3.6 Thiết lập tài khoản quản trị:

Khi cần hạn chế truy cập một chức năng nào đó trong chương trình ta dùng chức năng

của bộ soạn thảo User Administrator. Để khởi động bộ soạn thảo này ta nhấn chuột

phải vào User Administrator rồi chọn Open như hình 4.28

Hình 4.43 Giao diện mở cài đặt Phân quyền trong winCC

Cửa sổ User Administrator hiện ra (hình 4.29) cho phép thiết lập tài khoản gồm

các chức năng như: Thêm tài khoản. Quản lý nhóm truy cập. Sao chép tài khoản. Xóa

bỏ tài khoản hay nhóm. Thay đổi mất khẩu. thời gian tự đăng xuất. Các quyền hạn cho

từng tài khoản.Ở đây khi bạn Add user bạn cần đặt mật khẩu và tên đăng nhập .

VD : Với group Admin mình có đặt tên đăng nhập là “ADMIN” và mật khẩu là

“123456789” và chọn thuộc tính ( Tick đỏ ) là User Administration Và “USER” với

mật khẩu là “123456789” thuộc tính là Value input.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 98

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.44 Giao diện cài đặt Phân quyền trong winCC

Vậy khi muốn giới hạn quyền truy cập một nút nhấn nào đó thì ta chỉ cần nhấp

chuột phải chọn properties và tại mục Miscellaneous trong mục Authorization chọn

thuộc tính nào mà mình muốn mở .

Giao diện thiết kế nguyên tắc tắc:

Phân chia quyền truy cập cho Quản trị ( Người điều khiển và giám sát) và Người

sử dụng (Chỉ có thể giám sát hệ thống) Nếu người dùng muốn điều khiển hệ thống cần

phải có mật khẩu từ nhà quản trị cung cấp để có thể đăng nhập vào hệ thống điều

khiển và vận hành hệ thống. Điều này rất thuận lợi trong việc phân cấp quản lý trong

các nhà máy và xí nghiệp.

Để thực hiện phân quyền cho 1 đối tượng nào đó ta làm như sau:

Trong mục Object Properties như hình dưới trong phần Authorization ta sẽ chọn nội

dung mà trước đó ta đã cài đặt và đặt tên trong phần thiết lập phân quyền trong

WinCC. Nếu ta chọn tên nào thì sau khi click vào đối tượng đó thì nếu đối tượng được

chọn tên đó thì mới có thể mở được nếu không sẽ bị giới hạn quyền.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 99

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.45 Cửa sổ cài đặt Phân quyền trong winCC

VD : Khi đăng nhập ADMIN thì mình phải chọn thuộc tính là User

Administration thì mới sử dụng được nút nhấn vừa bị giwois hạn quyền còn khi đăng

nhập bằng USER sẽ không sử dụng được do mình đã chọn thuộc tính User

Administration chỉ ADMIN mới truy cập được.

4.3.7. Tạo màn hình điều khiển nhỏ trên màn hình chính khi chạy Run timer.

Mục đích của việc tạo màn hình điều khiển nhỏ trên màn hình chính khi chạy

Run timer là tang tính linh hoạt khi điều khiển hệ thống .Trong hệ thống này màn hình

nhỏ có chức năng điều khiển ON – OFF các VAN và Bom ở ché độ MANUAL mục

đích để có thể test các VAN và Bom trong quá trình lập trình cũng như kiêm tra hệ

thống hư hỏng hay không…

Ban đầu chúng ta tạo một nút nhấn ( Button ) bất kì sau đó sau đó nhấn chuột

phải chọn Configuration Dialog sau đó chọn File ảnh muốn chuyển tới như đã giới

thiệu ở trên. ở đây ta chuyển tới File ảnh VAN1.pdl

Sau đây là giao diện màn hình bật tắt Van1: Trong giao diện này đã được thiết lập

để có thể kết nối với Tag name và điều khiển bật tắt van theo ý muốn.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 100

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.46 Giao diện màn hình bật tắt VAN1

Ta tạo một File ảnh mới từ giao diện Graphics Designer với tên là VAN1.pdl sau

đó ở trong file ảnh này ta thực hiện tạo các nút nhấn BUTTON là ON BUTTON và

OFF BUTTON .

Khi nhấn ON thì VAN xả nước và khi nhấn OFF thì VAN tắt.

Lưu ý hệ thống này chỉ hoạt động khi ta đặt Bảng điều khiển ở chế độ

MANUAL. Ở đây ta thiết lập bật tắt Van1 như hình vẽ :

Tiếp theo ở bên giao diện chính ta kéo của sổ Window picture ra ngoài bằng cách vào

Smart Objects sau đó chọn Picture Window Trong cửa sổ này ta thiết lập các thong số

như hình sau:

Tại mục picture Window ta đặt tên cho Picture Window là ON OF VAL1

Và tại mục Picture Name Ta chọn Mở file ảnh VAN1.pdl .

Trong phần nút nhấn để mở cửa sổ nhỏ khi chạy Run timer ta lần lượt chọn thuộc

tính như hình 4.47:

Khi Ta nhấn thì sẽ nhảy tới cửa sổ điều khiển VAN1. ở cửa sổ này có thể bật tắt Van

để kiểm tra hoặc tháo nước trong các bồn trộn nhiên liệu. Việc này rất cần thiết khi mà

để chế độ manual và cũng như thuận tiện trong quá trình giám sát cũng như điều khiển

bằng tay.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 101

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.47 Giao diện Picture Window

Để đặt tên cho Picture Window chúng ta vào phần Picture Window và đặt tên để

sau khi chúng ta tạo nút nhấn để mở Picture Window lên cần biết tên của Picture

Window. Mục đích đặt tên cho Picture Window là để gọi cửa sổ Windown từ giao diện

từ đó thiết lập các thông số cần thiết .

Picture Window cho phép người dùng mở file ảnh tạo trên cửa sổ trên màn hình chính:

Display: Cho phép ẩn hiện Picture Window khi các tag được bật hoặc tắt.

Sizeable: Có thể thay đổi kích thước của Picture Window khi đnag chạy Runtimer

Movable: Có thể di chuyển cửa sổ khi chạy Runtimer

Can Be Closed: Có thể tắt cửa sổ

Quan trọng nhất là Picture Name : Phần này yêu cầu chúng ta chọn File ảnh để có thể

hiển thị lên khi chạy Run Timer.

Sau khi tạo song Picture Window chúng ta tiếp tục tạo nút nhấn và thiết lập thuộc tính

để sau khi nhấn nút nhấn sẽ bật lên Picture Window chứa File ảnh cần của chúng ta.

Hình dưới đây là giao diện cài đặt trong nút nhấn để mở Picture Window. Ta chọn

constant = 1 và tìm đến tên của Picture Window.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 102

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.48 Giao diện thiết lập cho nút nhấn để mở Picture Window

4.3.8. Tạo Alarm và Import dữ liệu ra Excel

a) Tạo Alarm

Để tạo cảnh báo Alarm ta vào giao diện chính trong Wincc và sau đó chọn biểu

tượng Alarm logging như hình 4.49.

Hình 4.49 Giao diện thiết lập cảnh báo Alarm

Trong mục Mesaga blocks Chọn User text block đổi tên mục đầu tiên là

Alarm_Tanklevel Trong mục Length ta chọn độ dài phù hợp cho tên thông báo ở đây

ta chọn 30 để có thể đặt các tên khác dài hơn sau đó nhấn OK.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 103

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.50 Thiết lập tên cho bảng Alarm

Trong hình dưới đây chúng ta có thể cài đặt màu chữ hoặc màu nền cho đối tượng hiển thị cảnh báo Alarm : Ví dụ Trong mục ALARM TANK1 HIGHT khi hiện lên chữ sẽ màu đen và nền là màu xanh.

Hình 4.51 Thiết lập thuộc tính cho bảng Alarm

Sau khi thực hiện đặt tên trong Message block ta chọn mục Message classes -> Error

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 104

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.52 Thiết lập thuộc tính cho bảng Alarm

Trong mục này (Hình 40.52) ta có thể chọn màu của “Text”hay “Background” để

hiển thị khi xuất hiện bảng Alarm.

Sau khi cài đặt song các thông số hiển thị Alarm chúng ta bắt đầu tạo Tag name

để lien kết hiển thị Alarm với tag name .

Message tag : Chọn Tag để hiển thị cảnh báo khi Tag lên 1. Alarm_Tanklevel: (Tên bảng Alarm đã được tạo) ở đây chúng ta tạo dòng thông

báo cho Tag đã chọn để hiển thị lên.

Class: Chọn chế độ Message Classes là Error Type: Có thể chọn chế độ chuyển màu khác nhau cho Text và Background.

Hình 4.53 Cài đặt Tag name và thuộc tính khác Alarm

b) Alarm và Import dữ liệu ra Excel

Sau khi tạo thành công thuộc tính trong bảng Alarm ta vào giao diện chính và Control trong mục ActiveX control ta chọn WinCC Alarm Control xuất hiện bảng sau:

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 105

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.54 Bảng thiết lập thông số cho Alarm

Để thiết lập ghi thông báo ra bảng ta vào mục Message Lists Trong mục

Available messages block chứa tên Alarm là : ALARM_TANKLEVEL ta Add tên này

sang mục Selected messages block bằng cách nhấn vào nút mũi tên phía dưới.

Để Import dữ liệu từ bảng ra Excel ta vào Tollbar và bỏ tích tất cả các tích trong

bolltar Button Function chỉ chọn mục Export Data Sau đó mục Export Chọn thư mục

xuất và tên File Excel.

4.4. Lâp trình C-Scrip, VB-Scrip và tạo chuyển động thẳng trong WinCC

Trình soạn thảo Global Script hỗ trợ hai ngôn ngữ C và VBS giúp WinCC trở nên rất

linh hoạt. Trong khóa luận này em dùng trình soạn thảo C-Editor để thiết lập các thuộc

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 106

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

tính chuyển động cho chai di chuyển thẳng , sử dụng VB scrip để thiết lập cài đặt tong

số trong bồn trộn.

4.4.1. Lập trình C-Scrip chuyển động thẳng

Hình 4.55 Trình soạn thảo Global Script Trên hình 4.55 là thư mục của trình soạn thảo Global Script, nhấp chuột phải vào C-

Editor để mở trình soạn thảo ngôn ngữ C.

Hình 4.56 Trình soạn thảo Global action Trong hình 4.56 có thể thấy các file Action dạng .pas được hoàn thành nằm trong thư

mục Global Actions. Mỗi một file .pas chứa một đoạn mã C dạng text, mỗi đoạn mã

như vậy có thể điều khiển một hoặc nhiều đối tượng trong Graphics Design. Các đoạn

mã có cấu trúc chung là:

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 107

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

If (Điều kiện)

{

Câu lệnh 1

}

Else

{

Câu lệnh 2

}

If: Có nghĩa là nếu đúng thì thực hiện câu lệnh {trong ngoặc}. Có thể dùng nhiều lệnh

if kèm theo câu lệnh chứ không cần dùng Else

 ệnh thường dùng gồm có:

SetTagxxx (lệnh này tức là Set giá trị cho Tag) “xxx” có thể là Bit, Byte, DWord,

v.v.... Cấu trúc:

SetTagBit('tênTag',value);

Tên Tag được viết trong 2 dấu ' ' và phải viết đúng y chang tên Tag tạo ra. Value, tùy

thuộc vào kiểu dữ liệu , ở đây là Bit thì chỉ có 0 hoặc 1 Ví dụ: Cần set Tag tên START

lên mức 1 :

SetTagBit('START',1);

GetTagxxx (lệnh này tức là lấy giá trị của Tag) “xxx” có thể là Bit, Byte, DWord,

v.v....

Cấu trúc: GetTagBit('tênTag');

Để tạo một file .pas mới thì nhấp chuột phải vào Global Actions chọn New như

hình 4.57 Trong mục này để vật di chuyển thẳng mà ở đây là “CHAI” nước di chuyển

trên băng tải. chúng ta lập trình theo thuật toán:

Khi băng tải chạy và cảm biến lên thì chai chai xuất hiện và di chuyển. Khi gặp

cảm biến tiếp theo chai đang di chuyển sẽ dừng và biến mất xuất hiện chai đã có nặp

xuất hiện và tiếp tục di chuyển. Khi cảm biến đóng nắp lên mức 1 thì chai đang chạy

sẽ biến mất chai mới xuất hiện và tiếp tục di chuyển cho đến khi gặp cảm biến cuối

cùng thì tất cả các chai trở lại trạng thái ban đầu và quay lại chu kì mới.

VD: Khi chai đến vị trí lấy nắp ta cho chai hiển thị lên và di chuyển tới vị trí đóng nắp,

khi tới đây cảm biến đóng nắp lên thì chai ẩn và trở lại vị trí ban đầu .

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 108

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Hình 4.57 Tạo chương trình text trong trình soạn thảo Global action

(Chương trình sẽ xem ở mục Phụ lục)

Sau khi viết xong một đoạn code cần bấm vào nút Trigger để đặt thời gian thực

hiện lệnh (Hình 4.58) và nút Compile để kiểm tra lỗi. Nếu không có lỗi

thì bấn save để lưu lại.

Hình 4.58 Thiết lập thời gian khi chạy Runtime C-scrip

4.4.2. Lâp trình VB-Scrip trong WinCC

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 109

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Tương tự như lập trình C trong mục này ta chọn mở VB- Editor sau đó chọn

Action -> New cửa sổ lập trình VB xuất hiện

Hình 4.59 Giao diện lập trình VB-scrip

Để lập trình được VB trong WinCC ta cần hiểu các nguyên tắc sau:

Khai báo biến trước khi lập trình :

Dim SIDER1

Set SIDER1 = HMIRuntime.Tags("SIDER1")

Ở đây ta khai báo Tag “SIDER1”

SIDER1.Read: Đọc giá trị từ Tag SIDER1

SIDER1.Write : Ghi giá trị ra ngoài Tag

Ta sử dụng câu lệnh:

If < Biểu thức logic điều kiện > THEN

„Khi điều kiện đúng

„Nội dung câu lệnh được thực hiện

ELSE

„Khi điều kiện sai

„Nội dung câu lệnh cần thực hiện

END IF

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 110

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Câu lệnh không nhất thiết phải dùng ELSE có thể bỏ qua nó tùy vào mục đích.

Sau khi lập tình xong ta làm các bước tương tự như lập tình C nhưng ở đây ta không

cài thiết lập thời gian cho VB mà ta chọn tag name cho hoạt động xảy ra:

Hình 4.60 Giao diện thiết lập tag sử dụng trongVB-scrip

Sauk hi lập tình xong C- Scrip và VB-Scrip ta cài đặt thiết lập để chúng tự động chạy

trên Runtimer như sau:Vào Computer trên thanh công cụ -> Properties -> Setup:

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 111

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

CHƢƠNG 5

TỔNG KẾT VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

5.1 Tổng kết

Sau khi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp em đã học hỏi thêm được rất nhiều kiến

thức có ích cho công việc sau này, đề tài tốt nghiệp có tính ứng dụng thực tế cao, sau

đây là những kết quả của bản thân em đạt được: Tìm hiểu và làm quen với một dây

chuyền sản xuất tự động cùng với các thiết bị điện hiện đại như PLC, Sensor, …

Nghiên cứu và sử dụng được chương trình Simatic Step7 trong việc viết chương

trình điều khiển đáp ứng đúng yêu cầu của một hệ thống máy. Dựa vào hệ thống thực

tế để tạo ra giao diện mô phỏng bằng phần mềmWinCC v7.0. Đáp ứng được các yêu

cầu kỹ thuật. Phát triển kỹ năng tư duy sáng tạo, khả năng học hỏi và giải quyết vấn

đề. Khai thác được sức mạnh công nghệ thông tin trong việc tìm kiếm tài liệu nghiên

cứu.

5.2 Hạn chế của đề tài:

Đây là mô hình mô phỏng chưa sát với thực tế nên khó khăn trong việc lập trình,

độ mượt của các chuyển động phụ thuộc nhiều vào thiết bị phần cứng. Các khâu trong

mô hình vẫn còn thiếu và chưa sát với thực tế. Do thời gian và kiến thức có hạn nên

còn nhiều chức năng của phần mềm S7 và WinCC chưa được khai thác.

5.3 Hƣớng phát triển:

Em hi vọng nếu các lớp khóa sau có cơ hội làm đề tài này hoặc những đề tài

tương tự thì có thể mở rộng đề tài với một số gợi ý như sau :

Được đi tham quan, tìm hiểu kỹ về công nghệ sản xuất của nhà máy xí nghiệp với

dây chuyển chiết rót, đóng nắp, phân loại và đóng thùng sản phẩm của các nhà máy xí

nghiệp như: dây chuyền sản xuất nước ngọt giải khát của công ty Pepsi, Cocacola, dây

chuyển sản xuất nước mắm của tập đoàn Masan, dây chuyển chiết rót nước khoáng

lavie của Nestle…v.v.., để đề tài có tính thực tiễn và sát với yêu cầu thực tế. Khai thác

thêm những tính năng ưu việt của phần mềm S7 và WinCC trong việc thiết kế mô

phỏng cũng như thực tế.‟ Nghiên cứu, tìm hiểu thêm một số phần mềm lập trình PLC

và mô phỏng khác như PCS7 của Siemens, Logix và Factory Talkcủa Allen Bradley,

GX của Mitsubishi… Tiến hành phát triển xây dựng đề tài với mô hình chuyên nghiệp

hơn. Tìm hiểu thêm mạng truyền thông công nghiệp và SCADA.

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 112

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

PHỤ LỤC

1.Chương trình PLC (trong đĩa CD kèm theo).

2.Chương trình WinCC(trong đĩa CD kèm theo).

3. Video hoạt động của dây chuyền (trong đĩa CD kèm theo).

4: Chương trình C-Scrip

Chaichay.pas:

#include "apdefap.h"

int gscAction( void )

{

int x;

x=GetLeft("ADMIN.Pdl","CHAI");

if (GetTagBit("CHAI1")==1)

{

x=x+5; // THI DICH CHAI //

SetLeft("ADMIN.Pdl","CHAI",x);

}

if (GetTagBit("CHAI2")==1)

{

SetLeft("ADMIN.Pdl","CHAI",520);

}

return 0;

}

Chaichay2.pas:

#include "apdefap.h"

int gscAction( void )

{

int x;

x=GetLeft("ADMIN.Pdl","CHAI");

if (GetTagBit("CHAI1")==1)

{

x=x+5;

SetLeft("ADMIN.Pdl","CHAI",x);

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 113

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

}

if (GetTagBit("CHAI2")==1)

{

SetLeft("ADMIN.Pdl","CHAI",520);

}

return 0;

}

Chaichay3.pas:

#include "apdefap.h"

int gscAction( void )

{

int z;

z=GetLeft("ADMIN.Pdl","CHAIII");

if (GetTagBit("CB_DONG_NAP")==0)

{

SetLeft("ADMIN.pdl","CHAIII",870);

}

if (GetTagBit("CHAI3")==1)

{

z=z+10;

SetLeft("ADMIN.Pdl","CHAIII",z);

}

if (GetTagBit("CB_CUOI_BT")==0)

{

SetLeft("ADMIN.pdl","CHAIII",870);

}

return 0; }

5.Lập trình VB-Scrip

Action:

Option Explicit

Function action

Dim SIDER1

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 114

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

Set SIDER1 = HMIRuntime.Tags("SIDER1")

Dim SIDER2

Set SIDER2 = HMIRuntime.Tags("SIDER2")

Dim SETSIDER1

Set SETSIDER1 = HMIRuntime.Tags("SETSIDER1")

Dim SETSIDER2

Set SETSIDER2 = HMIRuntime.Tags("SETSIDER2")

Dim TANKLEVEL

Set TANKLEVEL = HMIRuntime.Tags("TANKLEVEL")

TANKLEVEL.Read

SETSIDER1.Read

SETSIDER2.Read

SIDER1.Read

SIDER2.Read

If SIDER1.Value > 0 Then

SIDER2.Value = 100-SIDER1.Value

SETSIDER2.Value=((SIDER2.Value)*(SETSIDER1.Value))/SIDER1.Value

SETSIDER1.Write

SETSIDER2.Write

SIDER1.Write

SIDER2.Write

End If

End Function

Project Modle:

Sub procedure1

Dim trung

Set trung = HMIRuntime.Tags("trung")

Dim MUCNUOCTRONGCHAI

Set MUCNUOCTRONGCHAI = HMIRuntime.Tags("MUCNUOCTRONGCHAI")

MUCNUOCTRONGCHAI.Read

If trung.Value =1 Then

MUCNUOCTRONGCHAI.Value = 1

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 115

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

MUCNUOCTRONGCHAI.Write

End If

If trung.Value =0 Then

MUCNUOCTRONGCHAI.Value=0

MUCNUOCTRONGCHAI.Write

End if

End Sub

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 116

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

6: Chƣơng trình PLC

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 117

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 118

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 119

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 120

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 121

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 122

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 123

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 124

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 125

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 126

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 127

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 128

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 129

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Các tài liệu từ Internet và sự tham khảo trên các diễn đàn :

http//www.automation.siemens.com

http//www.dientuvietnam.net

http//www.plcvietnam.com.vn

http//www.webdien.com

http//www.google.com.vn

SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 130

Luận văn tốt nghiệp: Dây chuyền trộn chiết rót và đóng nắp chai sử dụng PLC S7-300 và WinCC

Chủ đề:

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

LỜI MỞ ĐẦU

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH

CHƢƠNG I

TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

CHƢƠNG II

TỔNG QUAN VỀ SIMATIC S7-300

Bộ Nhớ Chƣơng Trình

Timer

Bộ Đệm

KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM

Vào Ra

Bộ Đếm

HỆ ĐIỀU HÀNH

Bít cờ

Cổng vào ra

Quản lý ghép nối

Cổng đếm và ngắt tốc độ cao

CHƢƠNG III

TỔNG QUAN VỀ WINCC

CHƢƠNG IV

XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT

DÂY CHUYỀN TRỘN, CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHAI

CHƢƠNG 5

TỔNG KẾT VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

PHỤ LỤC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu liên quan

Tài liêu mới

Hỗ trợ

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi