Đề tài Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát trên nền WinCC sử dụng mạng Profibus

Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 1 MỤC LỤC MỤC LỤC ......................................................................................................... 1 LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................... 4 CHƢƠNG 1: ...................................................................................................... 6 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT .................................. 6 1.1 Trạm phân phối gia công ........................................................................ 6 1.1.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm phân phối gia công .................. 6 1.1.2 Kết cấu thiết bị bao gồm: ............................................................... 6 1.2 Trạm kiểm tra sản phẩm ......................................................................... 7 1.2.1 Tìm hiểu về quy trình công nghệ trạm kiểm tra sản phẩm .............. 7 1.2.2 Kết cấu thiết bị bao gồm: ............................................................... 8 1.3 Trạm xử lý gia công phôi ....................................................................... 8 1.3.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm xử lý gia công phôi ................. 8 1.3.2 Kết cấu thiết bị bao gồm : .............................................................. 9 1.4 Trạm Rôbôt 5 bậc tự do Scara .............................................................. 10 1.4.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm Robot 5 bậc tự do Scara ........ 10 1.4.2 Kết cấu thiết bị bao gồm: ............................................................. 10 1.5 Trạm lắp ráp sản phẩm ......................................................................... 11 1.5.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm lắp ráp sản phẩm ................... 11 1.5.2 Kết cấu thiết bị bao gồm: ............................................................. 11 1.6 Trạm Robot cánh tay khí nén di chuyển sản phẩm ............................... 12 1.6.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm Robot cánh tay khí nén di chuyển vật ................................................................................................ 12 1.6.2 Kết cấu thiết bị bao gồm: ............................................................. 12 1.7 Trạm lƣu kho sản phẩm ........................................................................ 13 1.7.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm lƣu kho sản phẩm .................. 13 1.7.2 Kết cấu thiết bị bao gồm: ............................................................. 13 1.8 Trạm điều khiển và giám sát trung tâm ................................................ 14 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 2 1.8.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm điều khiển và giám sát trung tâm .................................................................................................... 14 1.8.2 Kết cấu thiết bị bao gồm: ............................................................. 15 1.8.3 Bộ điều khiển PLC S7 300 điều khiển các trạm qua mạng PROFIBUS-DP ......................................................................................... 15 1.8.4 Màn hình giao tiếp Ngƣời – Máy TP 177A và giao diện điều khiển giám sát ................................................................................................... 16 CHƢƠNG 2: .................................................................................................... 17 THIẾT LẬP MẠNG PROFIBUS-DP, XÂY DỰNG LƢU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ VIẾT CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN.................................................... 17 2.1. Cấu hình mạng PROFIBUS-DP với phần mềm STEP 7 ........................ 17 2.1. Chƣơng trình điều khiển trạm Master (PLC S7 300) .............................. 26 2.2 Chƣơng trình điều khiển trạm Slave (PLC S7 200) ............................... 36 2.2.1 Trạm phân phối vật gia công ............................................................. 36 2.2.2 Trạm kiểm tra sản phẩm ................................................................... 45 2.2.3 Trạm xử lý gia công .......................................................................... 58 2.2.4 Trạm Robot 5 bậc tự do .................................................................... 66 2.2.5 Trạm lắp ráp sản phẩm...................................................................... 71 2.2.6 Trạm Robot cánh tay khí nén ............................................................ 78 2.2.7 Trạm lƣu kho sản phẩm .................................................................... 84 CHƢƠNG 3 : ................................................................................................... 94 THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM WINCC V7.0 ................................................................................................... 94 4.1. Khởi tạo Project và cấu hình trong WinCC ............................................ 94 4.2. Kết nối biến của PLC trong WinCC....................................................... 97 4.2.1 Kết nối các biến của PLC S7 300 với WinCC ................................... 97 4.2.2 Kết nối các biến của PLC S7 200 với WinCC ................................. 100 4.2.3 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát cho WinCC ......................... 103 KẾT LUẬN .................................................................................................... 109 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 3 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 111 PHỤ LỤC ...................................................................................................... 112 PHỤ LỤC 1: .................................................................................................. 112 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT ............................................................................................................ 112 1.1. Giới thiệu chung về hệ thống điều khiển PLC...................................... 112 1.2. Thiết Bị Điều Khiển Lập Trình PLC Simatic S7 – 300 ........................ 114 1.3. Thiết Bị Điều Khiển Lập Trình PLC Simatic S7 – 200 ........................ 134 1.4. Module truyền thông PROFIBUS EM 277 và module mở rộng vào/ra số EM 223 ...................................................................................................... 147 1.5. Một số thiết bị điều khiển khác trong dây chuyền ................................ 148 PHỤ LỤC 2: .................................................................................................. 151 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CÁC TRẠM QUA MẠNG TRUYỀN THÔNG PROFIBUS ...................................................................................... 151 PHỤ LỤC 3: .................................................................................................. 155 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM GIÁM SÁT WINCC V7.0 .................................. 155 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 4 LỜI NÓI ĐẦU Trong nền sản xuất hiện đại việc thành lập các hệ thống sản xuất linh hoạt đóng một vai trò hết sức quan trọng. Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) cho phép tự động hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loại nhỏ và hàng loại vừa trên cơ sở sử dụng các máy CNC, các Rôbốt công nghiệp để điều khiển các đối tƣợng lao động, các đồ gá và các dụng cụ, các hệ thống vận chuyển, tích trữ phôi với mục đích tối ƣu hóa quá trình công nghệ và quá trình sản xuất. Đặc điểm của FMS là khả năng điều chỉnh nhanh các thiết bị để chế tạo sản phẩm mới. Nhƣ vậy, nó rất thích hợp không chỉ cho sản xuất hàng khối, hàng loại lớn mà còn cho sản xuất hàng loại vừa và hàng loại nhỏ, thậm chí cả sản xuất đơn chiếc. Tuy nhiên phân tích FMS trong điều kiện sản xuất đơn chiếc cho thấy sự không ăn khớp giữa năng suất của FMS và phƣơng pháp chuẩn bị sản xuất bằng tay. Cũng do việc sữ dụng không đồng bộ các hệ thống tự động hóa mà quá trình chuẩn bị sản xuất kéo dài. Sự nối kết các hệ thống tự động riêng lẻ thành một hệ thống duy nhất với sự trợ giúp của mạng máy tính nội bộ cho phép tăng năng suất lao động của các nhà thiết kế, các nhà công nghệ và các nhà tổ chức sản xuất và do đó nâng cáo năng suất và chất lƣợng sản phẩm. Các hệ thống sản xuất nhƣ vậy đƣợc gọi là hệ thống sản xuất tích hợp có sự trợ giúp của máy tính. Hiện nay ở nƣớc ta nghiên cứu về FMS mới chỉ đƣợc bắt đầu tài liệu về lĩnh vực này bằng tiếng Việt hầu nhƣ chƣa có. Các hệ thống FMS và mô hình mới chỉ đƣợc trang bị ở một số trƣờng ĐH. Trong tƣơng lai các hệ thống này tiếp tục đƣợc đầu tƣ ở nhiều các cơ sở đào tạo khác trên cả nƣớc. Song song với cơ sở hiện đại là việc rất cần có giáo trình giảng dạy. Bằng vốn kiến thức hiểu biết và đƣợc sự hƣớng dẫn tần tình của thầy Thái Hữu Nguyên và thầy Nguyễn Khắc Tuấn cùng các cô, thầy trong khoa đã giúp em tìm hiểu và nghiên cứu về để tài. Với đề tài „„Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát trên nền WinCC sử dụng mạng Profibus” sử dụng bộ PLC S7-300 và PLC S7-200 của siemens liên hệ với nhau qua mạng truyền thông PROFIBUS mà em trình bày trong đồ án tốt nghiệp này, em hy vọng sẽ đóng góp một phần nhỏ bé vào quá trình tìm hiểu công nghệ sản xuất. Trong quá trình làm đồ án còn gặp nhiều khó khăn đó là tài liệu tham khảo cho vấn đề này đang rất ít và hạn hẹp, nhƣng đƣợc sự hƣớng dẫn của thầy Thái Hữu Nguyên và toàn thể các thầy cô giáo trong khoa Điện đã hƣớng dẫn và giúp đỡ em Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 5 trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Mặc dù đã rất cố gắng nhƣng về thời gian và khả năng của em còn có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót rất mong sự đóng góp ý kiến bổ sung của các thầy, cô giáo. Em xin chân thành cảm ơn ! Vinh, ngày … tháng … năm 2012. Sinh viên thực hiện Phan Thanh Tuyên Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 6 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 1.1 Trạm phân phối gia công 1.1.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm phân phối gia công Trạm phân phôi vật gia công có chức năng lƣu trữ và phân phối phôi cho toàn bộ hệ thống. Phôi đƣợc chứa trong hộp đựng phôi và đƣợc đẩy xuống băng tải nhờ Xi lanh đẩy phôi. Cảm biến quang điện sẽ phát hiện sự có mặt của phôi trên băng tải và bật tín hiệu cho băng tải hoạt động, di chuyển phôi đến cuối băng tải. Khi phôi đến cuối băng tải nhờ cảm biến quang đặt trên băng tải phát hiện và sau một thời gian trễ thì tín hiệu gọi cánh tay rôbốt hai bậc đƣợc bật lên. Cánh tay rôbốt sẽ ghắp phôi từ băng tải trạm 1 đặt sang trạm kế tiếp để chuẩn bị cho các quá trình gia công tiếp theo. Hình 1.1: Trạm phân phối vật gia công. 1.1.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:  Mô hình băng tải : Di chuyển phôi.  Cơ cấu cấp phôi : Cung cấp phôi xuống băng tải.  Phôi với 3 loại khác nhau : Phôi nhựa với 2 màu trắng, đen và phôi sắt. Ngoài ra, có một số phôi bị lỗi đƣợc đƣa vào để phân biệt với những phôi trên.  Xy lanh khí : Đẩy phôi xuống Băng tải khi có tín hiệu từ van điện.  Van điện : Điều khiển đóng/mở xy lanh khi có tín hiệu yêu cầu từ PLC.  Cánh tay Robot : Cánh tay 2 bậc xoay và ghắp phôi sang trạm tiếp theo Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 7  Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử, cảm biến, van điện.  Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222.  Module mở rộng EM 223.  Module truyền thông PROFIBUS EM 277.  Cảm biến quang : Sử dụng loại khuếch tán, phát hiện phôi ở cơ cấu cấp phôi va cuối băng tải.  Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và điều khiển tốc độ động cơ Băng tải.  Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch và đèn báo. 1.2 Trạm kiểm tra sản phẩm 1.2.1 Tìm hiểu về quy trình công nghệ trạm kiểm tra sản phẩm Khi trạm cấp phôi hoàn thành công đoạn cấp phôi, trạm kiểm tra sản phẩm có nhiệm vụ kiểm tra phôi bị lỗi hay không (dài quá hoặc ngắn quá coi là phôi lỗi - phế phẩm) nhờ hai cảm biến từ đo độ cao của phôi. Bảng chân lý để nhận biết phôi thành phẩm và phôi phế phẩm nhƣ sau: Đặc điểm phôi Cảm biến từ 1 Cảm biến từ 2 Kết luận Phôi ngắn 0 0 Phế phẩm ngắn Phôi dài 1 1 Phế phẩm dài Phôi vừa 1 0 Thành phẩm Phế phẩm sẽ bị đẩy xuống thùng chứa phía dƣới. Phôi không bị lỗi sẽ đƣợc đẩy xuống băng tải. Trên băng tải lắp đặt ba loại cảm biến gồm: Cảm biến quang điện phát hiện tất cả các loại phôi, cảm biến tiệm cận phát hiện phôi có tính chất từ tính, cảm biến mầu sắc phát hiện những phôi màu trắng. Bảng chân lý để nhận biết phôi nhƣ sau: Đặc điểm phôi Cảm biến quang Cảm biến tiệm cận Cảm biến màu sắc Phôi sắt 1 1 1 Phôi nhựa trắng 1 0 1 Phôi nhựa đen 0 0 1 Khi phôi di chuyển qua các cảm biến, nhờ tín hiệu ba cảm biến này sẽ xác định từng loại phôi và truyền tín hiệu sang trạm Gia công sản phẩm để gia công theo yêu cầu công nghệ của từng loại phôi. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 8 Hình 1.2: Trạm kiểm tra sản phẩm. 1.2.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:  Mô hình băng tải : Di chuyển phôi.  Cơ cấu kiểm tra phôi : Nâng và hạ phôi lên xuống để kiểm tra phôi có phải là thành phẩm hay phế phẩm.  Xy lanh khí : Đẩy phôi xuống băng tải hoặc thùng đựng phế phẩm khi có tín hiệu từ van điện.  Van điện : Điều khiển đóng/mở xy lanh khi có tín hiệu yêu cầu từ PLC.  Bộ nguồn 24 VDC : Cấp nguồn 24 VDC cho mạch điện tử, cảm biến, van điện.  Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222.  Module mở rộng EM 223.  Module truyền thông PROFIBUS EM 277.  Cảm biến quang : Sử dụng loại khuếch tán, phát hiện phôi ở cuối băng tải.  Cảm biến từ : Giới hạn trên/dƣới cho cơ cấu kiểm tra phôi và phân biệt phôi có bị lỗi hay không.  Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và điều khiển tốc độ động cơ Băng tải.  Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch và đèn báo. 1.3 Trạm xử lý gia công phôi 1.3.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm xử lý gia công phôi Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 9 Trạm xử lý gia công nhận phôi từ trạm kiểm tra phôi. Phôi sau khi đƣợc xác định không bị lỗi sẽ bắt đầu quá trình gia công ở trạm này theo yêu cầu công nghệ của từng loại phôi theo bảng chân lý nhƣ sau: Đặc điểm phôi Khoan lỗ trên bề mặt Kiểm tra lỗ của phôi Phôi sắt có có Phôi nhựa trắng có có Phôi nhựa đen có có Mâm xoay sẽ xoay từng bƣớc phù hợp với yêu cầu nhờ tín hiệu từ cảm biến và động cơ một chiều Hamonic. Động cơ khoan sẽ di chuyển lên xuống nhờ cơ cấu xy lanh. Khi phôi dừng tại vị trí khoan, động cơ khoan sẽ đƣợc hạ xuống và khoan lỗ, quá trình này thực hiện trong vài giây sau đó động cơ khoan trở về vị trí ban đầu nhờ xy lanh đẩy lên. Tiếp theo, quá trình kiểm tra lỗ vừa khoan nhờ một xy lanh. Hình 1.3: Trạm xử lý gia công phôi. 1.3.2 Kết cấu thiết bị bao gồm :  Cơ cấu mâm xoay 6 vị trí : Di chuyển phôi lần lƣợt đến các vị trí gia công.  Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử, cảm biến, động cơ khoan.  Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222 : Bộ điều khiển lập trình.  Module mở rộng EM 223 : Module mở rộng vào/ra số. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 10  Module EM 277 : truyền thông PROFIBUS – DP.  Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và điều khiển tốc độ động cơ Băng tải.  Cảm biến tiệm cận : Phát hiện loại phôi có tính chất từ tính.  Cảm biến màu : Phát hiện phôi có màu đen hoặc trắng.  Cơ cấu khoan : Gia công phôi.  Xy lanh khí : Giữ phôi để khoan dễ dàng.  Van điện : Nhận tín hiệu từ PLC để đóng/mở xy lanh.  Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo. 1.4 Trạm Rôbôt 5 bậc tự do Scara 1.4.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm Robot 5 bậc tự do Scara Hình 1.4: Trạm Robot 5 bậc tự do Robot SCARA gồm 5 bậc tự do sử dụng cơ cấu truyền động động cơ bƣớc và cơ cấu gắp sản phẩm đƣợc điều khiển bằng khí nén. Robot đƣợc lập trình và mô tả tọa độ trên phần mềm OpenGL. Robot sẽ gắp sản phẩm từ trạm gia công phôi chuyển đến trạm lắp ráp sản phẩm. 1.4.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:  Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 11  Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222 : Bộ điều khiển lập trình.  Module mở rộng EM 223 : Module mở rộng vào/ra số.  Module EM 277 : Module truyền thông PROFIBUS – DP.  Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC  Robot SCARA.  Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo.  Phần mềm điều khiển Robot Scara 1.5 Trạm lắp ráp sản phẩm 1.5.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm lắp ráp sản phẩm Phôi đƣợc chuyển đến trạm lắp ráp sản phẩm nhờ Robot SCARA. Khi phôi đƣợc đƣa đến đầu băng tải, cảm biến quang sẽ phát hiện, gửi tín hiệu về PLC S7 200 yêu cầu cơ cấu giữ sản phẩm thực hiện nguyên công giữ. Khi sản phẩm đƣợc giữ chắc chắn, cơ cấu lắp ráp sản phẩm sẽ thực hiện. Sau khí lắp ráp xong, cơ cấu kẹp vật nhả ra, sản phẩm chạy đến cuối băng tải, sẵn sàng cho trạm tiếp theo Hình 1.5 Trạm lắp ráp sản phẩm 1.5.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:  Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử, cảm biến.  Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222.  Module mở rộng EM 223.  Module truyền thông PROFIBUS EM 277. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 12  Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và điều khiển tốc độ động cơ băng tải  Cảm biến quang : Phát hiện sản phẩm đã có trên băng tải.  Cơ cấu lắp ráp sản phẩm.  Xy lanh khí : Giữ phôi để lắp ráp.  Van điện : Nhận tín hiệu từ PLC để đóng/mở xy lanh.  Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo. 1.6 Trạm Robot cánh tay khí nén di chuyển sản phẩm 1.6.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm Robot cánh tay khí nén di chuyển vật Sau khi sản phẩm đƣợc lắp ráp hoàn thiện ở trạm lắp ráp, một tín hiệu sẽ đƣợc bật lên để gọi cánh tay khí nén hoạt động, chuyển động sang trái về phía sản phẩm cần gắp. Cánh tay khí nén di chuyển bằng cơ cấu khí nén hành trình đƣợc điều khiển chính xác tại vị trí của sản phẩm. Sau khi kẹp đƣợc sản phẩm, tay khí nén di chuyển sang phải và đặt sản phẩm cho trạm kế tiếp. Hình 1.6 Cánh tay khí nén di chuyển vật 1.6.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:  Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử, van điện. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 13  Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222 : Bộ điều khiển lập trình.  Module mở rộng EM 223 : Module vào/ra số.  Module EM 277 : Module truyền thông PROFIBUS – DP.  Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và van điện.  Xy lanh khí : Kẹp sản phẩm  Cánh tay khí nén : Ghắp vật sang trạm tiếp theo.  Van điện : Nhận tín hiệu từ PLC để đóng/mở xy lanh.  Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo. 1.7 Trạm lƣu kho sản phẩm 1.7.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm lưu kho sản phẩm Sản phẩm lắp ráp hoàn thiện đƣợc cánh tay khí nén gắp sang băng tải của trạm lƣu kho. Băng tải di chuyển sản phẩm đến cuối hành trình. Trên băng tải có 3 loại cảm biến để phân loại sản phẩm : Cảm biến tiệm cận phát hiện sản phẩm từ tính, cảm biến màu sắc phát hiện sản phẩm màu trắng, cảm biến quang phát hiện sản phẩm màu đen. Tƣơng ứng với mỗi sản phẩm đó, sẽ có tín hiệu gọi Robot lƣu kho và lƣu vào các hàng tƣơng ứng 1, 2 hoặc 3. Hình 1.7 trạm lưu kho sản phẩm 1.7.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:  Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử, van điện, cảm biến, động cơ băng tải. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 14  Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222 : Bộ điều khiển lập trình.  Module mở rộng EM 223 : Module vào/ra số.  Module EM 277 : Module truyền thông PROFIBUS – DP.  Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và van điện, động cơ băng tải  Robot lƣu kho tự động.  Xy lanh khí : Kẹp sản phẩm.  Van điện : Nhận tín hiệu từ PLC để đóng/mở xy lanh.  Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo. 1.8 Trạm điều khiển và giám sát trung tâm 1.8.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm điều khiển và giám sát trung tâm Trạm điều khiển và giám sát sử dụng bộ điều khiển PLC S7 300 CPU 313C-2DP và màn hình giám sát HMI – TP 177A. Bộ PLC S7 300 sẽ nhận tín hiệu từ 8 bộ PLC S7 200 truyền lên và xuất tín hiệu điều khiển xuống các trạm thông qua mạng PROFIBUS. Đồng thời, màn hình HMI – TP 177A sẽ điều khiển và giám sát các biến nhớ, các đầu vào/ra, tín hiệu từ cảm biến...hiển thị lên màn hình. Hình 1.8.1 Trạm điều khiển và giám sát trung tâm Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 15 1.8.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:  Bộ nguồn PS 2A : Cung cấp nguồn cho PLC S7 300 và màn hình  TP 177A.  Bộ điều khiển lập trình PLC S7 300 CPU 313C-2DP.  Màn hình giao tiếp HMI – TP 177A.  Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo Hình 1.8.2 Màn hình giám sát TP 177A và PLC S7 300 1.8.3 Bộ điều khiển PLC S7 300 điều khiển các trạm qua mạng PROFIBUS- DP PLC S7 300 CPU 313C-2DP có 16 đầu vào số, 16 đầu ra số, 1 cổng truyên thông MPI, 1 cổng truyền thông PROFIBUS (cổng DP). PLC S7 300 giao tiếp với các trạm thông qua mạng PROFIBUS, nó sẽ nhận các tín hiệu gửi lên từ các trạm và ra lệnh điều khiển xuống đảm bảo đúng yêu cầu công nghệ và tính thời gian thực. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 16 Hình 1.8.3 Bộ điều khiển lập trình PLC S7 300 1.8.4 Màn hình giao tiếp Người – Máy TP 177A và giao diện điều khiển giám sát Màn hình TP 177A là thiết bị giao tiếp Ngƣời – Máy (HMI)do hãng Siemens sản xuất. Nó có khả năng giao tiếp với các loại PLC của Siemens thông qua chuẩn PPI, MPI và PROFIBUS. Màn hình TP 177A sẽ điều khiển và giám sát các biến của PLC trong các trạm thông qua mạng PROFIBUS. Cho phép hiển thị trạng thái của các biến, các đầu vào/ra, tín hiệu từ cảm biến về...lên màn hình. Đồng thời, có thể điều khiển từ màn hình với chức năng đa điểm chạm (Touch Panel). Hình 1.8.4 Màn hình điều khiển TP 177A 1. Rãnh tháo lắp màn hình. 2. Màn hình hiển thị và điều khiển với chức năng đa điểm. 3. Gờ cạnh ngoài cùng của màn hình. 4. Chỗ lắp cơ cấu gá. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 17 CHƢƠNG 2: THIẾT LẬP MẠNG PROFIBUS-DP, XÂY DỰNG LƢU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ VIẾT CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 2.1. Cấu hình mạng PROFIBUS-DP với phần mềm STEP 7 Các bƣớc lập trình và cấu hình mạng truyền thông lần lƣợt thực hiện nhƣ sau: Vào START  SIMATIC  SIMATIC Manage để kích hoạt phần mềm lập trình STEP 7 V5.5 Hình 3.1: Cách vào phần mềm lập trình STEP 7 V5.5. Phần mềm STEP7 đƣợc mở ra, vào File  New... trên giao diện chính. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 18 Hình 3.2: Cách tạo một Project mới Tiếp theo kích chọn Insert  Station  SIMATIC 300 Station để tạo một trạm PLC S7 300 trong Project. Hình 3.3: màn hình thiết lập trạm S7 - 300 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 19 Khi nhấn chọn trạm sẻ xuất hiện biểu tƣợng Hardware. Hình 3.4.: Chọn biểu tượng Hardware Project có tên DOANTOTNGHIEP_FMS_2012 đã đƣợc thêm phần cứng bên trong là một trạm PLC S7 300. Kích đúp trái chuột vào SIMATIC 300(1) bắt đầu cấu hình phần cứng cho Project. Cửa sổ HW_config cho phép ngƣời lập trình thiết lập cấu hình phần cứng của toàn bộ hệ thống ngoài thực tế bao gồm trạm chủ PLC S7 300, các trạm tớ PLC S7 200 và chuẩn kết nối trong mạng truyền thông Trong mục SIMATIC 300 chọn RACK-300, kích và giữ trái chuột vào Rail và thả vào phần trống bên trái Hình 3.5 : Chọn biệu tượng giá đỡ (Rail) Ta theo quy tắc để lựa các khay Slot: Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 20  Slot 1: Nguồn PS 307 2A  Slot 2: CPU 313C-2DP  X2 DP  2.2 DI16/DO16  2.4 Count Lần lƣợt kéo thả các phần cứng đó vào đúng Slot sẽ đƣợc cấu hình nhƣ hình dƣới Hình 3.6: Giao diện sau khi cài xong phần cứng Khi ta kéo chọn CPU 313C – 2DP vào Rail, sẽ xuất hiện hộp thoại Hình 3.7 : Màn hình sau khi đặt CPU vào Slot 2 Tiếp theo chọn New ta làm theo nhƣ các hình vẽ sau: Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 21 Hình 3.8: Cấu hình mạng Profibus Hình 3.9: Chọn tốc độ truyền cho mạng Profibus Nhấn OK để kết thúc thiết lập địa chỉ và tốc độ truyền cho mạng Profibus, ta đƣợc kết quả nhƣ sau: Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 22 Hình 4.0: Mạng Profibus được thiết lập Hình 4.1: Mạng Profibus được thiết lập hoàn chỉnh Để gán các bộ PLC S7 200 vào mạng và thực hiện quá trình trao đổi dữ liệu giữa PLC S7 300 ta cấu hình module EM 277 vào mạng nhƣ sau: Chọn PROFIBUS DP  Additional Field Devices  PLC  SIMATIC  EM 277 PROFIBUS – DP. Kéo và thả module EM 277 vào “cable profibus” bên trái. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 23 Hình 4.2: Chọn các Module EM 277 Chọn địa chỉ các module EM 277 cho PLC S7 200 trên các mạng. Ta có cấu hình tất cả các module EM 277 cho tất cả trạm PLC S7 200 nhƣ sau: Hình 4.3: Chọn địa chỉ cho PLC S7-200 Việc cấu hình ở trên đảm bảo Project vừa tạo ra đã đƣợc khai báo đầy đủ phần cứng và chuẩn truyền thông. Để hệ thống hoạt động và kết nối đƣợc với nhau, trên PLC S7 300 cần lập trình cho việc “truyền và nhận” dữ liệu mà các trạm PLC S7 200 gửi lên và đợi lệnh. Việc lập trình đó đã đƣợc thực hiện ở chƣơng trên. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 24 Sau khi lập trình xong 7 trạm, tiến hành download cho trạm Master PLC S7 300 trƣớc với cấu hình mạng MPI. Sau đó, chuyển sang cấu hình mạng PROFIBUS và download cấu hình này xuống PLC S7 300. Các bƣớc tiến hình nhƣ sau: Vào Options  SetPG/PC Interface... Trong cửa sổ tiếp theo chọn chuẩn giao tiếp MPI => PC Adapter(MPI), kích chọn Properties, chọn cổng truyền thông của Cable USB hoặc COM Kích OK kết thúc quá trình chọn chuẩn giao tiếp. Sau đó, tiến hành Download chƣơng trình của PLC S7 300 vào CPU(qua cổng MPI_COM1). Kích vào biểu tƣợng Download: Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 25 Sau khi toàn bộ chƣơng trình của PLC S7 300 đã đƣợc Download vào CPU của PLC S7 300 qua cổng MPI, tiếp theo để toàn bộ hệ thống giao tiếp đƣợc với nhau qua mạng PROFIBUS, tiến hành chọn chuẩn giao tiếp PROFIBUS. Bắt đầu với việc cấu hình trên phần mềm PLC S7 200 nhƣ hình sau: Chọn cổng truyền thông của Cable với máy tính tùy thuộc vào loại Cable sử dụng (USB hoặc COM). Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 26 Kích OK kết thúc quá trình chọn chuẩn giao tiếp. Sau đó, tiến hành Download chƣơng trình của PLC S7 200 vào CPU qua cổng PROFIBUS_USB. 2.1. Chƣơng trình điều khiển trạm Master (PLC S7 300) 2.1.1 Bảng khai báo Symbol Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 27 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 28 2.1.2 Chƣơng trình điều khiển Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 29 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 30 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 31 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 32 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 33 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 34 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 35 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 36 2.2 Chƣơng trình điều khiển trạm Slave (PLC S7 200) 2.2.1 Trạm phân phối vật gia công a. Lƣu đồ thuật toán Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 37 b. Chƣơng trình điều khiển  Bảng khai báo symbol Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 38  Chƣơng trình chính Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 39 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 40  Chƣơng trình Profibus Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 41  Chƣơng trình tự động Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 42 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 43 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 44  Chƣơng trình tự động bằng tay Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 45 2.2.2 Trạm kiểm tra sản phẩm a. Lƣu đồ thuật toán Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 46 b. Chƣơng trình điều khiển  Bảng khai báo Symbol Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 47  Chƣơng trình chính Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 48 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 49  Chƣơng trình Profibus Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 50  Chƣơng trình tự động Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 51 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 52  Chƣơng trình phế phẩm dài Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 53  Chƣơng trình phế phẩm ngắn Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 54  Chƣơng trình thành phẩm Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 55 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 56 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 57  Chƣơng trình bằng tay Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 58 2.2.3 Trạm xử lý gia công a. Lƣu đồ thuật toán b. Chƣơng trình điều khiển  Bảng khai báo Symbol Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 59  Chƣơng trình chính Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 60  Chƣơng trình Profibus Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 61 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 62  Chƣơng trình tự động Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 63 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 64  Chƣơng trình bằng tay Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 65 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 66 2.2.4 Trạm Robot 5 bậc tự do a. Lƣu đồ thuật toán b. Chƣơng trình điều khiển  Bảng khai báo Symbol Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 67  Chƣơng trình chính Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 68  Chƣơng trình Profibus Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 69  Chƣơng trình tự động Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 70  Chƣơng trình bằng tay Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 71 2.2.5 Trạm lắp ráp sản phẩm a. Lƣu đồ thuật toán Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 72 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 73 b. Chƣơng trình điều khiển  Bảng khai báo Symbol  Chƣơng trình chính Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 74  Chƣơng trình Profibus Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 75  Chƣơng trình tự động Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 76 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 77  Chƣơng trình bằng tay Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 78 2.2.6 Trạm Robot cánh tay khí nén a. Lƣu đồ thuật toán Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 79 b. Chƣơng trình điều khiển  Bảng khai báo Symbol  Chƣơng trình chính Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 80  Chƣơng trình Profibus Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 81  Chƣơng trình tự động Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 82 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 83  Chƣơng trình bằng tay Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 84 2.2.7 Trạm lưu kho sản phẩm a. Lƣu đồ thuật toán Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 85 b. Chƣơng trình điều khiển  Bảng khai báo Symbol Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 86  Chƣơng trình chính Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 87 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 88  Chƣơng trình Profibus Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 89  Chƣơng trình tự động Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 90 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 91  Chƣơng trình bằng tay Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 92 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 93 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 94 CHƢƠNG 3 : THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM WINCC V7.0 4.1. Khởi tạo Project và cấu hình trong WinCC Khởi động phần mềm WinCC 7.0 ta thực hiện các bƣớc nhƣ sau: Chọn File => New => Single User Project: Ta đặt tên và cấu hình hệ thống theo các bƣớc nhƣ sau: Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 95  Cấu hình Driver kết nối với S7 300: Nhấp phải chuột vào Tag Management chọn Add New Driver Chọn kênh SIMATIC S7 Protocol Suite.Chn nhƣ hình sau: Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 96 Ta đã cấu hình Driver kết nối với PLC S7 300 kết quả nhƣ sau:  Chọn cấu hình Driver kết nối với PLC S7 200: Tiếp tục nhấp phải chuột vào Tag Management chọn Add New Driver và chọn kênh OPC.chn: Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 97 4.2. Kết nối biến của PLC trong WinCC 4.2.1 Kết nối các biến của PLC S7 300 với WinCC Chọn chuột phải vào Profibus => New Driver Connection => đặt tên nhóm biến và tạo lần lƣợt tất cả các biến có trong PLC S7 300 ta có nhƣ sau: Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 98 Lần lƣợt ta tạo các Group để kết nối các tag nhƣ sau: Nhấp phải chuột vào PLC_S7_300 trong mục Profibus vừa đƣợc thành lập và chọn New Group ta có. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 99 Tạo các tag kết nối trong Group trạm_fms_1 nhƣ sau: Nhấp phải vào trạm_fms_1 chọn New tag. Lần lƣợt tạo các kết nối tag còn lại của tram_1_fms có nhƣ sau: Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 100 Lần lƣợt tạo các Group cho 6 trạm còn lại ta có nhƣ sau: 4.2.2 Kết nối các biến của PLC S7 200 với WinCC Đầu tiên tạo các Group cho các trạm FMS tƣơng tƣ nhƣ tạo các Group cho S7 300, ta có nhƣ hình dƣới: Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 101 Tiến hành các bƣớc nhƣ sau để tạo các tag kết nối giữa WinCC với PLC S7 200 thông qua kênh OPC.Chn dung phần mềm PC Access: Chọn kệnh S7200.OPCserver => Browse Server: Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 102 Một kênh kết nối S7200.OPC.Chn đƣợc hiện ra để ta lựa chọn các tag kết nối của từng trạm PLC S7 200: Lần lƣợt chọn từng trạm ta có cách link các tag nhƣ sau: nhấp vào FMS_trạm 1 và chọn tất cả các địa chỉ PLC đƣợc thể hiện ở ô bên phải nhận vào Add Items Chọn vị trí trạm_fms_1 chọn finish để hoàn thành việc link các tag từ PLC S7-200: Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 103 4.2.3 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát cho WinCC Nhấn chuột phải vào Graphic Designer => New Picture => lần lƣợt tạo các file ảnh nhƣ hình vẽ: Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 104 a. Giao diện chính: Giao diện điều khiển giám sát chung cho các tất cả các trạm và từ giao diện chính này có thể liên kết tới bất cứ trạm nào. b. Giao diện giám sát mạng PROFIBUS – DP Giao diện giám sát các biến trên PLC S7 200 và PLC S7 300. Tất cả các đầu vào đầu ra của các bộ PLC sẽ đƣợc phát hiện khi thay đổi trạng thái. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 105 c. Giao diện điều khiển và giám sát trạm Phân phối vật gia công Điều khiển và giám sát những thiết bị sau: Xy lanh đẩy phôi, động cơ băng tải, cảm biến quang điện và cánh tay khí nén gắp vật d. Giao diện điều khiển và giám sát trạm Kiểm tra sản phẩm Điều khiển và giám sát những thiết bị sau: Xy lanh di chuyển lên xuống, xy lanh đẩy phôi, động cơ băng tải, cảm biến từ phát hiện chiều cao của phôi, cảm biến tiệm cận phân biệt phôi từ tính, cảm biến màu phân biệt phôi trắng và cảm biến quang phát hiện tất cả các loại phôi. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 106 e. Giao diện điều khiển và giám sát trạm Xử lý gia công Điều khiển và giám sát những thiết bị sau: Xy lanh đẩy phôi, động cơ băng tải, cảm biến quang điện và cánh tay khí nén gắp vật. f. Giao diện điều khiển và giám sát trạm Robot 5 bậc tự do Điều khiển và giám sát cánh tay Robot gắp phôi từ trạm 3 sang trạm 4 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 107 g. Giao diện điều khiển và giám sát trạm Lắp ráp sản phẩm Điều khiển và giám sát băng tải, xy lanh kẹp, xy lanh đóng nắp h. Giao diện điều khiển và giám sát trạm Cánh tay Robot khí nén Điều khiển và giám sát cơ cấu chuyển động của xy lanh lên xuống, xy lanh sang trái/phải, và xy lanh kẹp phôi. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 108 i. Giao diện điều khiển và giám sát trạm Lƣu kho sản phẩm Điều khiển và giám sát băng tải, cánh tay Robot lƣu kho sản phẩm Sau khi thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát trên WinCC bây giờ ta có thể lựa chọn các chế độ làm việc tùy theo yêu cầu của công việc. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 109 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu và làm đồ án với đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát trên nền WinCC sử dụng mạng Profibus”. Em đã đạt đƣợc và còn một số khó khăn chƣa thực hiện đƣợc: Đạt đƣợc:  Nắm rõ cách cấu hình một hệ thống PROFIBUS và đã cấu hình lại hệ thống truyền thông giữa PLC S7 300 là Master và PLC S7 200 vai trò Slave  Nắn vững hơn về cấu tạo, đặc điểm kỹ thuật của các thiết bị: PLC S7-200, PLC S7-300 các cảm biến quang, cảm biến tiệm cận, cảm biến màu sắc… Qua đó đã hiểu cách kết nối giữa bộ điều khiển lập trình PLC với các thiết bị ngoại vi.  Lập trình lại chƣơng trình PLC theo yêu cầu công nghệ mới: Chƣơng trình đƣợc trình bày ở chƣơng 2 của đồ án.  Xây dựng lại giao diện điều khiển và giám sát trên phần mềm WinCC- V7.0 theo yêu cầu công nghệ mới, kết nối, mô phỏng thành công với phần mềm PLC S7- 300, S7-200. Khó khăn chƣa thực hiện đƣợc:  Hệ thống FMS là hệ thống có khả năng điều chỉnh nhanh các thiết bị để chế tạo các loại sản phẩm mới, tuy nhiên trong điều kiện sản xuất cho thấy sự chƣa ăn khớp giữa năng suất của FMS và phƣơng pháp sản xuất bằng tay. Cũng do việc sử dụng không đồng bộ các hệ thống tự động hóa, mà quá trình sản xuất chƣa thu đƣợc kết quả tốt nhất.  Do hệ thống FMS đã đƣợc cấu hình phần cứng và liên quan tới vấn đề đảm bào kỹ thuật, nên trong quá trình làm đồ án, có một số phần cứng không thể thay đổi đƣợc theo yêu cầu của phần mềm.  Trong quá trình lắp đặt hệ thống FMS, các thiết bị kết nối không đƣợc gọn gàng và một số giắt cắm không chắc chắn, nên trong quá trình vận hành đã ảnh hƣớng nhiều tới sự linh hoạt của hệ thống.  Hệ thống FMS là một hệ thống còn mới ở nƣớc ta nên vấn đề nghiên cứu về FMS mới chỉ đƣợc bắt đầu. Tài liệu về lĩnh vực này bằng tiếng Việt hầu nhƣ chƣa có, đó cũng là lý do ảnh hƣớng ít nhiều tới quá trình tìm hiều và làm đồ án. Tuy vậy, trong quá trình thực hiện đồ án thầy Thái Hữu Nguyên đã tận tình hƣớng dẫn em, để em có thể hoàn thành đề tài một cách tốt nhất. Em xin gửi lời cảm Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 110 ơn tới thầy Thái Hữu Nguyên và em cũng xin gữi lời cảm ơn tới thầy Nguyễn Khắc Tuấn đã giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án này. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn tới tất cả thầy, cô đã giảng dạy và chỉ bảo em trong suốt thời gian học tập tại trƣờng. Do hạn chế về thời gian và khả năng còn có hạn nên đồ án của em sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận đƣợc những ý kiến bổ sung, đóng góp của quý thầy cô để đề tài của em đƣợc hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn ! Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình: 1. Tự Động Hóa Với Simatic S7 300 (Nguyễn Doãn Phƣớc, Phan Xuân Minh, Vũ Văn Hà – Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật) 2. Các Bộ Cảm Biến Trong Kỹ Thuật Đo Lƣờng Và Điều Khiển (T/g : Lê Văn Doanh, Phạm Thƣơng Hàn) 3. Giao Diện Ngƣời – Máy (HMI), Lập Trình Với S7 Và WinnCC 7.0 (TS. Trần Thu Hà - KS. Phạm Quang Huy – Nhà Xuất Bản Hồng Đức) 4. Điều Khiển Và Giám Sát Với S7 200 – S7 300, PC Access, WinCC (Lê Ngọc Bích, Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy - Nhà Xuất Bản ĐHQG TP Hồ Chí Minh) Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 112 PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 1.1. Giới thiệu chung về hệ thống điều khiển PLC PLC (Programmable Logic Controllers) là những bộ điều khiển khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số. Nhƣ vậy với chƣơng trình điều khiển trong mình, PLC trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trƣờng xung quanh (với các PLC khác hoặc với PC). PLC theo dõi các trạng thái ngõ vào/ra, đƣa ra các quyết định theo chƣơng trình cài đặt sẵn và xuất các tín hiệu điều khiển ra ngõ ra để tự động hóa quá trình hay máy móc. Vì vậy PLC đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng nhƣ thƣơng mại. Trong hệ thống điều khiển PLC các phần tử nhận tín hiệu nhƣ: Chuyển mạch, nút ấn, cảm biến,... đƣợc nối với đầu vào của thiết bị PLC. Các phần tử chấp hành nhƣ đèn báo, rơ le, công tắc tơ,... đƣợc nối đến đầu ra của PLC tại các đầu nối Chƣơng trình điều khiển PLC đƣợc soạn thảo dƣới các dạng cơ bản sẽ đƣợc nạp vào bộ nhớ bên trong PLC, sau đó tự động thực hiện tuần theo một chuỗi lện điều khiển đƣợc xác định trƣớc. Khả năng truyền dữ liệu trong hệ thống rất rộng, thích hợp cho hệ thống xử lý và cũng linh động trong các hệ thống phân phối. Một cách tổng quát có thể nói hệ thống điều khiển PLC là tập hợp các thiết bị và linh kiện điện tử. Để đảm bảo tính ổn định, chính xác, an toàn,... trong quá trình sản xuất, các thiết bị này bao gồm nhiều chủng loại, hình dạng khác nhau với công suất từ rất nhỏ đến rất lớn. Do tốc độ phát triển quá nhanh của công nghệ và để đáp ứng đƣợc yêu cầu điều khiển phức tạp nên hệ thống ddieuf khiển phải có tính tự động hóa cao. Yêu cầu này có thể thực hiện đƣợc bằng hệ lập trình có nhớ PLC kết hợp với máy tính, ngoài ra còn cần có các thiết bị ngoại vi khác nhƣ: Bảng điều khiển, động cơ, cảm biến, công tăc tơ,...  Cấu tạo của PLC Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 113 Thiết bị điều khiển lập trình PLC bao gồm khối xử lý trung tâm (CPU) trong đó có chứa chƣơng trình điều khiển và các Modul giao tiếp vào/ra có nhiệm vụ liên kết trực tiếp đến các thiết bị vào/ra. Cấu trúc phần cứng của PLC nhƣ hình 2.1 Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc phần cứng của PLC  Khối xử lý trung tâm Là một vi xử lý điều khiển tất cả các hoạt động của PLC nhƣ thực hiện chƣơng trình, xử lý vào/ra và truyền thông với các thiết bị bên ngoài.  Bộ nhớ chương trình Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau dùng để chứa chƣơng trình điều khiển của hệ thống, là phần mềm điều khiển các hoạt động của hệ thống, sơ đồ LAD, trị số của Timer, Couter chứa trong vùng nhớ ứng dụng, tùy theo yêu cầu mà ngƣời dùng có thể chọn các bộ nhớ khác nhau nhƣ: ROM, RAM, EPROM và EEPROM,…  Bộ đệm vào/ra: Mức độ thông minh của một hệ thống điều khiển phụ thuộc chủ yếu vào khả năng của PLC để đọc đƣợc các dữ liệu khác nhau từ cảm biến cũng nhƣ các thiết bị nhập bằng tay. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 114 Tiêu biểu cho các thiết bị bằng tay nhƣ: Nút ấn, bàn phím và chuyển mạch. Mặt khác, để đo, kiểm tra chuyển động, áp suất, lƣu lƣợng chất lỏng,… PLC phải nhận các tín hiệu từ cảm biến, tín hiệu đƣa vào có thể là tín hiệu số (digital) hoặc tín hiệu tƣơng tự (anolog), các tín hiệu này đƣợc giao tiếp với PLC thông qua các Modul nhận tín hiệu vào khác nhau DI (Digital Input) hoặc AI (Analog Input),… 1.2. Thiết Bị Điều Khiển Lập Trình PLC Simatic S7 – 300 1.2.1. Cấu trúc phần cứng của hệ thống PLC S7 – 300 Thiết bị PLC Simatic S7-300 đƣợc thiết kế theo kiểu modul. Số các modul đƣợc sử dụng nhiều hay ít tùy thuộc vào từng yêu cầu công nghệ, song tối thiểu bao giờ cũng có một loại modul chính là các modul CPU, các modul còn lại là các modul truyền nhận tín hiệu đối với đối tƣợng điều khiển, các modul chức năng chuyên dụng nhu PID, điều khiển động cơ, chúng đƣợc gọi chung là modul mở rộng. 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 dể dàng cho việc mở rộng hệ thống. Hình 2.2: PLC Simatic S7 – 300 * Modul nguồn nuôi của PLC S7 – 300 Có 3 loại modul nguồn nuôi 2A, 5A và 10A. Ở đây đang xét đến loại modul PS307 2A có nhiệm vụ chuyển nguồn xoay chiều 120/230V thành nguồn một chiều 24V để cung cấp cho các modul khác của khối PLC. Ngoài ra modul nguồn còn có Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 115 nhiệm vụ cung cấp nguồn cho các sensor và các thiết bị truyền động kết nối với PLC. Dòng tiêu thụ của các phân tử PLC phải nhỏ hơn dòng điện cấp của bộ nguồn để không bị quá tải. Hình 2.3: Modul nguồn của S7 – 300 * Khối xử lí trung tâm – Modul CPU Là modul có chứa bộ VXL, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (chuẩn truyền RS485) và có thể có một vài cổng vào/ra số (digital). Các cổng vào/ra có trên modul CPU đƣợc gọi là cổng vào/ra onboard. Trong PLC S7 – 300 có nhiều loại modul CPU khác nhau, đƣợc đặt tên theo bộ VXL có trong nó nhƣ: CPU 312, CPU 314, CPU 315,… Những modul cùng sử dụng một loại bộ VXL, nhƣng khác nhau về onboard cũng nhƣ các khối làm việc đặc biệt, đƣợc tích hợp sẵn trong thƣ viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ đƣợc phân biệt với nhau trong tên gọi bằng cách thêm cụm chữ cái IFM (Intergate Function Modul) ví dụ CPU 312IM, CPU 314FM,… Ngoài ra còn có các loại modul CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là việc phục vụ nối mạng phân tán. Tất nhiên đƣợc cài sẵn trong hệ điều hành. Các loại modul CPU này đƣợc phân biệt với các CPU khác bằng cách thêm cụm từ DP trong tên gọi. Ví dụ CPU 315 – DP. * Modul mở rộng Các modul mở rộng đƣợc chia làm 5 loại chính: PS (Power Supply) là modul nguồn nuôi. Loại modul này có 3 loại, loại 2A, 5A và 10A SM là loại modul mở rộng tín hiệu vào/ra, bao gồm modul mở rộng cổng vào số (DI); modul mở rộng cổng ra số (DO); modul mở rộng các cổng vào/ra số (DI/DO); modul mở rộng các cổng vào tƣơng tự (AI); modul mở rộng các cổng ra tƣơng tự (AO); modul mở rộng các cổng vào/ra tƣơng tự (AI/AO) Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 116 IM (Interface Modul) là loại modul ghép nối chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các modul mở rộng lại với nhau thành một khối và đƣợc quản lý chung bởi một modul CPU. Thông thƣờng mở rộng đƣợc gá liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là Rack. Trên mỗi thanh Rack chỉ có thể gá đƣợc nhiều nhất 8 modul mở rộng. Một modul CPU S7 – 300 có thể làm việc trực tiếp đƣợc với nhiều nhất là 4 Rack và các Rack này phải đƣợc nối với nhau bằng modul IM. FM (Function Modul) là loại modul có chức năng điều khiển riêng, ví dụ modul chức năng điều khiển động cơ bƣớc, modul điều khiển động cơ Servo, modul PID,… CP (Communication Modul) là modul phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính. 1.2.2. Kiểu dữ liệu và cấu trúc bộ nhớ của hệ thống PLC S7 – 300 * Cấu trúc trúc bộ nhớ của hệ thống PLC S7 – 300 CPU S7 300 Có 3 vùng nhớ cơ bản:  Các vùng chứa chương trình ứng dụng:  OB (Organisation Block): miền chứa chƣơng trình tổ chức.  FC (Function): miền chứa chƣơng trình con.  FB (Function Block) miền chứa chƣơng trình con đƣợc tổ chức thành hàm. Vùng chứa tham số của hệ điều hành và các chƣơng trình ứng dụng đƣợc chia thành 7 miền khác nhau:  I (Process Input Image): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số.  Q (Process Output Image): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số.  M: Miền các biến cờ. Chƣơng trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lƣu trữ các tham số cần thiết.  T (Timer): Miền nhớ phục vụ bộ định thời bao gồm việc lƣu trữ các giá trị thời gian đặt trƣớc (PV-Preset Value), giá trị đệm thời gian tức thời (CV-Current Value) cũng nhƣ giá trị logic đầu ra của bộ thời gian.  C (Counter): Miền nhớ phục vụ bộ đệm bao gồm việc lƣu trữ giá trị đặt trƣớc (PV-Preset Value), giá trị đệm tức thời (CV-Current Value) và giá trị logic của bộ đệm.  PI (I/O External Input): Miền địa chỉ cổng vào của các module tƣơng tự.  PQ (I/O External Output): Miền địa chỉ cổng ra của các module tƣơng tự.  Vùng chứa các khối dữ liệu: đƣợc chia làm hai loại. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 117  DB (Data block): miền chứa các dữ liệu đƣợc tổ chức thành khối. Kích thƣớc cũng nhƣ số lƣợng khối do ngƣời sử dụng quy định, phù hợp với từng bài toán điều khiển. Chƣơng trình có thể truy cập miền này theo từng bit (DBX), byte (DBB), từ (DBW) hoặc từ kép (DBD).  L (Local Data block): miền dữ liệu địa phƣơng, đƣợc các khối chƣơng trình OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biện pháp tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chƣơng trình đã gọi nó. Nội dung của một số dữ liệu trong miền này sẽ bị xoá khi kết thúc hƣơng trình tƣơng ứng trong OB, FC, FB. Miền này Có thể truy nhập từ chƣơng trình theo bit (L), byte (LB), từ (LW) hoặc từ kép (LD). * Kiểu dữ liệu Trong một chƣơng trình có thể có các kiểu dữ liệu sau:  BOOL: với dung lƣợng 1 bit và có giá trị là 0 hay 1.  BYTE: gồm 8 bit, có giá trị nguyên dƣơng từ 0 đến 255.  WORD: gồm 2 byte, có giá trị nguyên dƣơng từ 0 đến 65535.  INT: Có dung lƣợng 2 byte, dùng để biểu diễn số nguyên từ -32768 đến 32767.  DINT: gồm 4 byte, biểu diễn số nguyên từ -2147463846 đến 2147483647.  REAL: gồm 4 byte, biểu diễn số thực dấu phẩy động.  S5T: khoảng thời gian, đƣợc tính theo giờ/phút/giây/miligiây.  TOD: biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây.  DATE : biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày.  CHAR: biểu diễn một hoặc nhiều kí tự (nhiều nhất là 4 kí tự). 1.2.3. Vòng quét chương trình của S7 300 PLC thực hiện chƣơng trình theo một chu trình lặp đƣợc gọi là vòng quét (scan). Một vòng lặp đƣợc gọi là một vòng quét. Có thể chia một chu trình thực hiện của S7- 300 ra làm 4 giai đoạn nhƣ hình dƣới. Một điểm cần chú ý là tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra thông thƣờng các lệnh không làm việc trực tiếp với các cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Chỉ khi gặp lệnh yêu cầu truy xuất các đầu vào/ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng các công việc khác, ngay cả chƣơng trình xử lí ngắt để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với các cổng vào/ra. Các vòng quét nhanh, chậm phụ thuộc vào số lệnh trong chƣơng trình. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 118 Nhƣ vậy việc đọc dữ liệu từ đối tƣợng để xử lý, tính toán và việc gữi tín hiệu điều khiển đến đối tƣợng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chƣơng trình điều khiển trong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chƣơng trình càng cao. Nếu sử dụng các khối chƣơng trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ nhƣ khối OB40, QB80,... Chƣơng trình các khối đó sẽ thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu cùng chủng loại. Hình 2.4: Sơ đồ vòng quét chương trình PLC 1.2.4. Ngôn ngữ lập trình S7-300 * Nhóm hàm logic tiếp điểm  Hàm AND : Toán hạng là kiểu dữ liệu BOOL hay địa chỉ bit I,Q, M, T, C, D Hình 2.5: Khai báo hàm AND Tín hiệu ra Q4.0 sẽ bằng 1 khi đồng thời tín hiệu I0.0=1 và I0.1=1.  Hàm OR : Toán hạng là kiểu dữ liệu BOOL hay địa chỉ bit I,Q, M, T, C, D, L. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 119 Hình 2.6: Khai báo hàm OR Tín hiệu ra sẽ bằng 1 khi ít nhất có một tín hiệu vào bằng 1.  Hàm NOT: tín hiệu ra sẽ là nghịch đảo của tín hiệu vào. Hình 2.7: Khai báo hàm thực hiện chức năng phủ định.  Lệnh xoá RESET: Toán hạng là địa chỉ bit I, Q, M, T, C, D, L. Hình 2.8: Khối thực hiện chức năng RESET Tín hiệu ra Q4.0 = 0 (Q4.0 sẽ đƣợc xoá ) khi I0.0 =1 .  Lệnh SET: Toán hạng là địa chỉ bit I, Q, M, T, C, D, L. Hình 2.9: Khối thực hiện chức năng SET. Tín hiệu ra Q4.0 = 1 (Q4.0 sẽ đƣợc thiết lập ) khi I0.0 =1. * Nhóm hàm so sánh:  Nhóm hàm so sánh số nguyên 16 bit: Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 120 Hình 2.10: Khối thực hiện chức năng so sánh bằng nhau Có các dạng so sánh hai số nguyên 16 bits nhƣ sau : • Hàm so sánh bằng nhau giữa hai số nguyên 16 bits: == • Hàm so sánh khác nhau giữa hai số nguyên 16 bits: • Hàm so sánh lớn hơn giữa hai số nguyên 16 bits: > • Hàm so sánh nhỏ hơn giữa hai số nguyên 16 bits: < • Hàm so sánh lớn hơn hoặc bằng nhau giữa hai số nguyên 16 bits: >=  Nhóm hàm so sánh hai số nguyên 32 bits: Hình 2.11: Khối thực hiện chức năng so sánh Trong ví dụ trên đầu ra Q4.0 sẽ là "1" khi MD0 = MD4. • Hàm so sánh bằng nhau giữa hai số nguyên 32 bits: == • Hàm so sánh khác nhau giữa hai số nguyên 32 bits: • Hàm so sánh lớn hơn giữa hai số nguyên 32 bits: > • Hàm so sánh nhỏ hơn giữa hai số nguyên 32 bits: < • Hàm so sánh lớn hơn hoặc bằng nhau giữa hai số nguyên 32 bits: >= • Hàm so sánh nhỏ hơn hoặc bằng nhau giữa hai số nguyên 32 bits: <= Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 121 Hình 2.12: Khối thực hiện chức năng so sánh hai số thực. Trong ví dụ trên đầu ra Q4.0 sẽ là "1" khi MD0 < MD1 . Các dạng so sánh hai số thực 32 bits nhƣ sau : • Hàm so sánh bằng nhau giữa hai số thực 32 bits: == • Hàm so sánh khác nhau giữa hai số thực 32 bits: • Hàm so sánh lớn hơn giữa hai số thực 32 bits: > • Hàm so sánh nhỏ hơn giữa hai số thực 32 bits: < • Hàm so sánh lớn hơn hoặc bằng nhau giữa hai số thực 32 bits: >= • Hàm so sánh nhỏ hơn hoặc bằng nhau giữa hai số thực 32bits: <= * Nhóm hàm toán học:  Nhóm hàm làm việc với số nguyên 16 bits:  Cộng hai số nguyên 16 bits Hình 2.13: Khối thực hiện chức năng cộng hai số nguyên 16 bits. Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện cộng hai số nguyên 16 bits MW0 với MW2. Kết quả đƣợc cất vào MW10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng.  Trừ hai số nguyên 16 bits Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 122 Hình 2.14: Khối thực hiện chức năng trừ hai số nguyên 16 bits. Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện trừ hai số nguyên 16 bits MW0 với MW2. Kết quả đƣợc cất vào MW10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng.  Nhân hai số nguyên 16 bits Hình 2.15: Khối thực hiện chức năng nhân hai số nguyên 16 bits. Dữ liệu vào /ra: EN: bool ; IN1: int ; IN2: int ; OUT: int; ENO: bool Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.1 = và hàm sẽ thực hiện nhân hai số nguyên 16 bits MW0 với MW2. Kết quả đƣợc cất vào MW10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng.  Chia hai số nguyên 16 bits Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 123 Hình 2.16: Khối thực hiện chức năng chia hai số nguyên 16 bist. Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện chia hai số nguyên 16 bits MW0 với MW2. Kết quả đƣợc cất vào MW10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng.  Nhóm hàm làm việc với số nguyên 32 bits:  Cộng hai số nguyên 32 bits Dữ liệu vào/ra: EN: BOOL; IN1: DINT IN2: DINT OUT: DINT ENO: BOOL Hình 2.17: Khối thực hiện chức năng cộng hai số nguyên 16 bits. Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện cộng hai số nguyên 32 bits MD0 với MD2. Kết quả đƣợc cất vào MD10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng.  Trừ hai số nguyên 32 bits Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 124 Hình 2.18: Khối thực hiện chức năng trừ hai số nguyên 16 bits. Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện trừ hai số nguyên D16 bits MD0 với MD2. Kết quả đƣợc cất vào MW10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng.  Nhân hai số nguyên 32 bits Hình 2.19: Khối thực hiện chức năng nhân hai số nguyên 32 bits. Dữ liệu vào /ra: EN: bool IN1: Dint IN2: Dint OUT: Dint ENO: bool Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.1 = và hàm sẽ thực hiện nhân hai số nguyên 32 bits MD0 với MD2. Kết quả đƣợc cất vào MD10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng. + Chia hai số nguyên 16 bits Hình 2.20: Khối thực hiện chức năng chia hai số nguyên 32 bist. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 125 Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện chia hai số nguyên 32 bits MD0 với MD2. Kết quả đƣợc cất vào MD10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng.  Nhóm hàm làm việc với số thực:  Cộng hai số thực Dữ liệu vào/ra: EN: BOOL; IN1: REAL; IN2: REAL; OUT: REAL; ENO: BOOL Hình 2.21: Khối thực hiện chức năng cộng hai số thực. Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện cộng hai số thực MD0 với MD2. Kết quả đƣợc cất vào MD10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng.  Trừ hai số thực Hình 2.22: Khối thực hiện chức năng trừ hai số thực. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 126 Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện trừ hai số thực MD0 với MD2. Kết quả đƣợc cất vào MD10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng.  Nhân hai số thực Hình 2.23: Khối thực hiện chức năng nhân hai số thực Dữ liệu vào /ra: EN: bool IN1: Dint IN2: Dint OUT: Dint ENO: bool Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.1 = và hàm sẽ thực hiện nhân hai số thực MD0 với MD2. Kết quả đƣợc cất vào MD10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng.  Chia hai số nguyên 16 bits Hình 2.24: Khối thực hiện chức năng chia hai số thực Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện chia hai số thực MD0 với MD2. Kết quả đƣợc cất vào MD10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 127 * Hàm lấy giá trị tuyệt đối (ABS): Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện chức năng giá trị tuyệt đối của MD8 rồi cất vào MD12. Khi tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng. Hình 2.25: Khối hàm thực hiện lấy giá trị tuyệt đối Kiểu dữ liệu vào ra: EN: BOOL; IN: REAL; OUT: REAL; ENO: BOOL * Hàm SIN, COS, TAN, ASIN, ACOS, ATAN: Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện chức năng tính SIN,COS, TAN, ASIN, ACOS, ATAN của MD0 rồi cất vào MD10. Hình 2.26: Khối hàm thực hiện lấy giá trị SIN Kiểu dữ liệu vào/ra: EN: BOOL; IN: REAL; OUT: REAL; ENO: BOOL * Bộ thời gian TIMER  Nguyên lý làm việc chung của bộ thời gian TIMER: Bộ thời gian Timer là bộ tạo thời gian trễ T mong muốn giữa tín hiệu logic đầu vào X(t) và đầu ra Y(t). Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 128 S7-300 có 5 bộ thời gian Timer khác nhau. Tất cả 5 loại Timer này cùng bắt đầu tạo thời gian trễ tín hiệu kể từ thời điểm có sƣờn lên của tín hiệu đầu vào , tức là khi có tín hiệu đầu vào U(t) chuyển trạng thái từ logic "0" lên logic"1", đƣợc gọi là thời điểm Timer đƣợc kích. Thời gian trễ T mong muốn đƣợc khai báo với Timer bằng giá trị 16 bits bao gồm hai thành phần:  Độ phân giải với đơn vị là mS. Timer của S7 có 4 loại phân giải khác nhau là 10ms, 100ms, 1s và 10s.  Một số nguyên BCD trong khoảng từ 0 đến 999 đƣợc gọi là PV ( Preset Value- giá trị đặt trƣớc). Nhƣ vậy thời gian trễ T đƣợc tính nhƣ sau: T= Độ phân giải x PV. Ngay tại thời điểm kích Timer, giá trị PV đƣợc chuyển vào thanh ghi 16 bits của Timer T-Word ( gọi là thanh ghi CV- Curren value- giá trị tức thời). Timer sẽ ghi nhớ khoảng thời gian trôi qua kể từ khi kích bằng cách giảm dần một cách tƣơng ứng nội dung thanh ghi CV. Nếu nội dung thanh ghi CV trở về bằng 0 thì Timer đã đạt đƣợc thời gian mong muốn T và điều này đƣợc báo ra ngoài bằng cách thay đổi trạng thái tín hiệu đầu ra Y(t). Việc thông báo ra ngoài bằng cách đổi trạng thái tín hiệu dầu ra Y(t) nhƣ thế nào còn phụ thuộc vào loại Timer đƣợc sử dụng. Hình 2.27: Sơ đồ khối bộ TIMER Bên cạnh sƣờn lên của tín hiệu đầu vào U(t), Timer còn có thể kích bằng sƣờn lên của tín hiệu kích chủ động có tên là tín hiệu ENABLE nếu nhƣ tại thời điểm có sƣờn lên của tín hiệu ENABLE, tín hiệu đầu vào U(t) có gic là "1". Để xóa tức thời trạng thái của T-word và T-bit ta sử dụng một tín hiệu reset Timer . Tại thời điểm sƣờn lên của tín hiệu này giá trị T-Word và T-bit đồng thời có giá trị bằng 0 tức là thanh ghi tức thời CV đƣợc đặt về 0 và tín hiệu đầu ra cũng có trạng thái Logic là "0". Trong thời gian tín hiệu Reset có giá trị logic là "1" Timer sẽ không làm việc. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 129  Khai báo sử dụng: Các tín hiệu điều khiển cho một bộ TIMER phải đƣợc khai báo bao gồm các bƣớc sau:  Khai báo tín hiệu ENABLE nếu muốn sử dụng tín hiệu chủ động kích.  Khai báo tín hiệu đầu vào U(t).  Khai báo thời gian trễ mong muốn TW.  Khai báo loại Timer đƣợc sử dụng (SP, SE, SD, SS, SF).  Khai báo tín hiệu xoá Timer nếu muốn sử dụng chế độ Reset chủ động.  Trong các bƣớc trên thì bƣớc 1 và 5 có thể bỏ qua .  Dạng dữ liệu vào/ra của TIMER là: S: BOOL; BI (DUAL): WORD; TW: S5TIME; BCD (DEZ): WORD; R: BOOL; Q: BOOL.  Các bộ thời gian TIMER:  Bộ TIMER SP:  Cách khai báo: Hình 2.28: Bộ thời gian TIMER SP  Nguyên lý làm việc: Tại thời điểm sƣờn lên của tín hiệu vào SET thời gian sẽ đựơc tính đồng thời giá trị Logic ở đầu ra là "1". Khi thời gian đặt kết thúc giá trị đầu ra cũng trở về 0. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 130 Hình 2.29: Giản đồ thời gian của bộ tạo trễ kiểu SP. Khi có tín hiệu RESET (R) thời gian tính lập tức trở về 0 và tín hiệu đầu ra cũng giá trị là "0".  Bộ TIMER SE:  Khai báo bộ TIMER SE: Hình 2.30: Khai báo bộ TIMER SE  Nguyên lý làm việc: Tại thời điểm sƣờn lên của tín hiệu vào SET cuối cùng bộ thời gian đƣợc thiết lập và thời gian sẽ đựơc tính đồng thời giá trị Logic ở đầu ra là "1". Khi thời gian đặt kết thúc giá trị tín hiệu đầu ra cũng trở về 0. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 131 Hình 2.31: Giản đồ thời gian của bộ TIMER SE. Khi có tín hiệu RESET (R) thời gian tính lập tức trở về 0 và tín hiệu đầu ra cũng giá trị là "0".  Bộ TIMER SD:  Khai báo bộ TIMER SD: Hình 2.32: Khai báo bộ TIMER SD  Nguyên lý làm việc: Tại thời điểm sƣờn lên của tín hiệu vào SET bộ thời gian đựơc thiết lập và thời gian sẽ đựơc tính. Kết thúc thời gian đặt tín hiệu đầu ra sẽ có giá trị là "1". Khi tín hiệu đầu vào kích S là "0" đầu ra cũng lập tức trở về "0" nghĩa là tín hiệu đầu ra sẽ không đƣợc duy trì hi tín hiệu kích có giá trị là "0". Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 132 Hình 2.33: Giản đồ thời gian của bộ TIMER SD. Khi có tín hiệu RESET (R) thời gian tính lập tức trở về 0 và tín hiệu đầu ra cũng giá trị là "0". * Bộ đếm COUNTER  Nguyên lý làm việc: Counter thực hiện chức năng đếm tại các sƣờn lên của các xung đầu vào. S7-300 có tối đa là 256 bộ đếm phụ thuộc vào từng loại CPU, ký hiệu bởi Cx. Trong đó x là số nguyên trong khoảng từ 0 đến 255. Trong S7-300 có 3 loại bộ đếm thƣờng sử dụng nhất đó là: Bộ đếm tiến lùi (CUD), bộ đếm tiến (CU)và bộ đếm lùi (CD). Một bộ đếm tổng quát có thể đƣợc mô tả nhƣ sau trong đó: CU : BOOL là tín hiệu đếm tiến CD : BOOL là tín hiệu đếm lùi S : BOOL là tín hiệu đặt PV : WORD là giá trị đặt trƣớc R : BOOL là tín hiệu xoá CV : WORD Là giá trị đếm ở hệ đếm 16 CV_BCD: WORD là giá trị đếm ở hệ đếm BCD Q : BOOL Là tín hiệu ra . Quá trình làm việc của bộ đếm đƣợc mô tả nhƣ sau: Số sƣờn xung đếm đƣợc, đƣợc ghi vào thanh ghi 2 Byte của bộ đếm, gọi là thanh ghi C-Word. Nội dung của thanh ghi C-Word đƣợc gọi là giá trị đếm tức thời của bộ Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 133 đếm và ký hiệu bằng CV và CV_BCD. Bộ đếm báo trạng thái của C-Word ra ngoài C- bit qua chân Q của nó. Nếu CV 0 , C-bit có giá trị "1". Ngƣợc lại khi CV = 0, C- bit nhận giá trị 0. CV luôn là giá trị không âm. Bộ đếmsẽ không đếm lùi khi CV = 0. Bộ đếm sẽ đƣợc xoá tức thời bằng tín hiệu xoá R (Reset). Khi bộ đếm đƣợc xóa cả C-Word và C- bit đều nhận giá trị 0.  Khai báo sử dụng: Việc khai báo sử dụng một COUNTER bao gồm các bƣớc sau:  Khai báo tín hiệu Enable nếu muốn sử dụng tín hiệu chủ động kích đếm (S) dạng dữ liệu BOOL  Khai báo tín hiệu đầu vào đếm tiến CU: dạng dữ liệu BOOL  Khai báo tín hiệu đầu vào đếm lùi CD: dạng dữ liệu BOOL  Khai báo giá trị đặt trƣớc PV: dạng dữ liệu WORD  Khai báo tín hiệu xóa dữ liệu: dạng dữ liệu BOOL  Khai báo tín hiệu ra CV nếu muốn lấy giá trị đếm tức thời ở hệ Hexa, dạng dữ liệu WORD  Khai báo tín hiệu ra CV – BCD nếu muốn lấy giá trị đếm tức thời nếu muốn ở hệ BCD dạng dữ liệu WORD.  Các loại bộ đếm COUTER:  Bộ đếm tiến CU Khi tín hiệu I0.2 chuyển từ 0 lên 1bộ đếm đƣợc đặt giá trị là 55. Giá trị đầu ra Q4.0 =1 . Bộ đếm sẽ thực hiên đếm tiến tại các sƣờn lên của tín hiệu tại chân CU khi tín hiệu I0.0 chuyển giá trị từ "0" lên "1". Bộ đếm sẽ đếm lùi tại các sƣờn lên của tín hiệu tại chân I0.1 khi tín hiệu chuyển từ "0" lên "1" Giá trị của bộ đếm sẽ trở về 0 khi có tín hiệu tai sƣờn lên của chân R  Bộ đếm lùi CD Khi tín hiệu I0.2 chuyển từ "0" lên "1" bộ đếm đƣợc đặt giá trị là 55. Giá trị đầu ra Q4.0 =1 . Bộ đếm sẽ thực hiên đếm lùi tại các sƣờn lên của tín hiệu tại chân CD khi tín hiệu I0.0 chuyển giá trị từ "0" lên"1". Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 134 Giá trị của bộ đếm sẽ trở về 0 khi có tín hiệu tai sƣờn lên của chân R. 1.3. Thiết Bị Điều Khiển Lập Trình PLC Simatic S7 – 200 1.3.1. Cấu hình phần cứng của PLC S7-200 S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng siemens, Trong đó có nhiều loại CPU nhƣ: CPU 212, CPU 214, CPU 221, CPU 222, CPU 226... Đối với đồ án này em đã sử dụng CPU 222 và CPU 224 với các đặc điểm nhƣ sau:  Kích cớ vật lý: 90 x 80 x 62 (mm)  Bộ nhớ chƣơng trình: 4096 Byte.  Bộ nhớ dữ liệu: 2048 Byte.  Đầu vào số: 8  Đầu ra số: 6  Đầu vào/ra Analog: Không.  Số lƣợng module mở rộng: 2  Cổng truyền thông: 1 cổng RS 485. Hình 2.34: Cấu trúc bên ngoài của một PLC 224 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 135 1.3.2. Các đèn báo  Run: Màu xanh đèn sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ làn việc và đang thực hiện chƣơng trình nạp cho máy.  Stop: Màu vàng đèn sáng báo hiệu CPU đang làm việc và đang thực hiện chƣơng trình hiện có.  SF: Màu đỏ đèn sáng báo hiệu CPU gặp sự cố  Ix.x: Đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng Ix.x. Đèn này báo trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.  Qy.y: Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qy.y. Đèn này báo trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.  Pin và nguồn nuôi bộ nhớ:  Ngõ vào 24V DC, 110V AC hoặc 220V AC; ngõ ra: Dạng rơle, transitor hay triac. Kí hiệu cực cho PLC: L+ = 24V, M = 0V.  Nguồn nuôi dùng để ghi chƣơng trình hoặc nạp một chƣơng trình mới  Nguồn pin dùng để mở rộng thời gian lƣu trữ dữ liệu trong bộ nhớ. 1.3.3. Cổng truyền thông S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối nhiều thiết bị lập trình hoặc với các trạn PLC khác. Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Đối với các thiết bị lập trình có cổng giao tiếp PPI thì có thể kết nối trực tiếp với PLC thông qua sơi cáp. Tuy nhiên đối với các máy tính cá nhân cần thiết phải có cáp chuyển đổi PC/PPI. Có 2 loại cáp chuyển đổi là cáp RS – 232/PPI Multi – Master và cáp USB/PPI Multi – Master. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 136 Hình 2.35: Hình dáng cáp RS – 232/PPI và các chuyển mạch trên cáp 1.3.4. Cấu trúc chương trình PLC S7-200  Chƣơng trình chính: Trong chƣơng trình chính ngƣời sử dụng viết các câu lệnh để điều khiển một ứng dụng nào đó. Câu lệnh trong chƣơng trình chính đƣợc thực hiện tuần tự và một lần trong mổi vòng quét. Khi chƣơng trình đến hàng cuối cùng sẽ tự động trở về câu đầu tiên. Chƣơng trình chính kết thúc bằng lệnh END.  Chƣơng trình con là một bộ phận của chƣơng trình chính, chƣơng trình con đƣợc thực hiện mổi khi đƣợc gọi từ chƣơng trình chính. Chƣơng trình con rất hửu ích trong trƣờng hợp có những chức năng nào đó đƣợc thực hiện lặp lại nhiều lần.  Ƣu điểm của chƣơng trình con: giảm kích thƣớc chƣơng trình, thời gian quét giảm, dễ sao chép sang chƣơng trình khác.  Chƣơng trình phục vụ ngắt: là một bộ phận của chƣơng trình chính, nó đƣợc gọi khi có sự kiện ngắt xuất hiện. Sự kiện ngắt đƣợc định nghĩa trƣớc trong chƣơng trình chính. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 137  Khi xảy ra sự kiện ngắt hệ thống sẽ tự động lƣu lại các giá trị trạng thái của stack. Thanh ghi và các vùng nhớ đặc biệt trƣớc khi đi vào chƣơng trình phục vụ ngắt và phục hồi các giá trị này khi quay về chƣơng trình chính  Nếu chƣơng trình phục vụ ngắt quá dài có thể gây ra những hoạt động không bình thƣờng cho các thiết bị, vậy nên phƣơng châm viết chƣơng trình phục vụ ngắt là càng ngắn càng tốt. 1.3.5. Phép toán trong S7-200  Phép toán AND Phép toán AND đƣợc sử dụng khi có yêu cầu điều khiển là trạng thái của hai hay nhiều tín hiệu đồng thời xảy ra thì sẽ thực hiện một nhiệm vụ điều khiển nào đó. Hình 2.36: Phép toán AND được biểu diễn ở 3 dạng ngôn ngữ  Phép toán OR Phép toán OR sẽ đƣợc sử dụng khi trạng thái của một trong hai bit (hoặc nhiều) tín hiệu thỏa mãn điều kiện của yêu cầu điều khiển thì sẽ đƣợc thực hiện một nhiệm vụ điều khiển nào đó. Hình 2.37: Phép toán OR  Phép toán XOR Phép toán XOR đƣợc sử dụng khi có hai tín hiệu mà nếu chúng có cùng trạng thái thì ngõ ra sẽ xuống mức 0 còn nếu hai tín hiệu này khác trạng thái thì ngõ ra sẽ lên mức 1. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 138 Hình 2.38: Phép toán XOR  TIMER: TON, TOF, TONR Các thông số chính: IN: BOOL PT: INT, là giá trị đặt cho TIMER (VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, AIW, T, C, AC, CONST, *VD, *LD, *AC). Txxx: là số hiệu TIMER. Trong S7 – 200 có tất cả là 256 TIMER, kí hiệu từ T0 – T255. Các số hiệu TIMER trong S7 – 200 nhƣ sau: TIMER Type Resolution Maximum Value TIMER Number TONR 1 ms 32.767 s T0, T64 10 ms 327.67 s T1 – T4, T65 – T68 100 ms 3276.7 s T5 – T31, T69 – T95 TON, TOF 1 ms 32.767 s T32, T96 10 ms 327.67 s T33 – T36, T97 – T100 100 ms 3276.7 s T37 – T63, T101 – T255 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 139  TON: Hình 2.39: Phép toán TON ở ba dạng ngôn ngử Khi ngõ vào I0.0 = 1 T37 đƣợc kích, nếu sau 100×100ms = 10s mà I0.0 vẫn dữ trạng thái thì Bit T37 sẽ lên 1 (khi đó Q0.0 = 1). Nếu I0.0 =1 không đủ thời gian 10s thì Bit T37 sẽ không lên 1. Hình 2.40: Giản đồ thời gian của TON Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 140  TOF: Hình 2.41: Phép toán TOF ở 3 dạng ngôn ngữ Khi ngõ vào I0.0 = 1 thì bit T33 = 1 (ngõ ra Q0.0 = 1 ). Khi I0.0 = 0, thời gian T33 bắt đầu tính, đủ thời gian 1s = 100×10ms thì bit T33 = 0 (Q0.0 =0). Nếu I0.0 = 0 trong khoảng thời gian chƣa đủ 1s đã lên 1 lại thì bit T33 vẫn giữ nguyên trạng thái. Hình 2.42: Giản đồ thời gian của TOF Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 141  TONR: Hình 2.43: Phép toán TONR Ngõ vòa I0.0 có tác dụng kích thời gian cho TONR, khi I0.0 = 1 thời gian TONR đủ tính, khi I0.0 = 0 thời gian không bị Reset về 0. Khi đủ thời gian Bit sẽ lên 1. Thời gian TONR bị Reset khi có tín hiệu Reset Timer (tín hiệu từ I0.1) Hình 2.44: Giản đồ thời gian TONR  COUNTER: CTU, CTD, CTUD  CTU: Cxxx: là số hiệu COUTER (0 – 255) Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 142 CU: Kích đếm lên BOOL R: Reset BOOL PV: Giá trị đặt cho COUNTER INT PV: VW, IW, QW, MW, SMW, LW, AIW, AC, T, C, CONSTANT, *VD, *AC, *LD, SW. Hình 2.45: Phép toán COUNTER viết ở 3 dạng ngôn ngữ Mỗi lần có một sƣờn cạnh lên ở chân CU, giá trị bộ đếm (1 WORD) đƣợc tăng lên 1. Khi giá trih hiện tại lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt PV, ngõ ra sẽ đƣợc bật lên ON. Khi chân Reset đƣợc kích (sƣờn lên) giá trị hiện tại bộ đếm và ngõ ra đƣợc trả về 0. Bộ đếm ngừng đếm kkhi giá trị bộ đếm đạt đến trị tối đa là 32767 (216 – 1 ). Hình 2.46: Giản đồ xung của CTU Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 143  CTD: Cxxx: là số hiệu COUTER (0 – 255) CD: Kích đếm xuống BOOL LD: Load BOOL PV: Giá trị đặt cho COUNTER INT PV: VW, IW, QW, MW, SMW, LW, AIW, AC, T, C, CONSTANT, *VD, *AC, *LD, SW. Hình 2.47: Phép toán CTD viết ở ba dạng ngôn ngữ Khi chân LD đƣợc kích (sƣờn lên) giá trị PV đƣợc nạp cho bộ đếm. Mỗi lần có một sƣờn cạnh lên ở chân CD, giá trị bộ đếm (1 WORD) đƣợc giảm xuống 1. Khi giá trị hiện tại của bộ đếm bằng 0, ngõ ra đƣợc bật lên ON và bộ đếm sẽ ngƣng đếm. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 144 Hình 2.48: Giản đồ thời gian của CTD  CTUD: Cxxx: là số hiệu COUTER (0 – 255) CU: Kích đếm lên CD: Kích đếm xuống BOOL R: Reset BOOL PV: Giá trị đặt cho COUNTER INT PV: VW, IW, QW, MW, SMW, LW, AIW, AC, T, C, CONSTANT, *VD, *AC, *LD, SW. Hình 2.49: Phép toán CTUD Mỗi lần có một sƣờn cạnh lên ở chân CU, giá trị bộ đếm (1 Word) đƣợc tăng lên “1”. Mỗi lần có một sƣờn cạnh lên ở chân CD, giá trị bộ đếm đƣợc giảm xuống 1. Khi giá trị hiện tại lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt PV, ngõ ra sẽ đƣợc bật l ên ON. Khi chân R đƣợc kích (sƣờn lên) giá trị bộ đếm và ngõ Out đƣợc trả về 0. Giá trị cao nhất của bộ đếm là 32767 và thấp nhất là – 32767. Hình 2.50: Giản đồ thời gian của CTUD Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 145  Phép toán cộng trừ:  Cộng, trừ hai số nguyên 16 BIT :  ADD_I: Cộng hai số nguyên 16 BIT  SUB_I: Trừ hai số nguyên 16 BIT  EN: Ngõ vào cho phép IN1 + IN2 = OUT (IN1 – IN2 = OUT).  IN1, IN2: VW, IW, MW, QW, SW, SMWW, T, C, AC, LW, AIW, CONSTAN, *VD, *LD, *AC, INT  OUT: VW, IW, MW, QW, SW, SMWW, T, C, AC, *VD, *LD, *AC, INT  Khi ngõ vào cho phép lên 1 chƣơng trình sẽ thực hiện việc cộng hay trừ hai số nguyên 16 BIT ở IN1, IN2 tƣơng ứng, kết quả đƣa vào OUT.  Tƣơng tự, ta có  ADD_DI: Cộng hai số nguyên 32 BIT  SUB_DI: Trừ hai số nguyên 32 BIT  ADD_R: Cộng hai số thực  SUB_R: Trừ hai số thực  Nhân ,chia hai số nguyên 16 BIT:  MUL_I: Nhân hai số nguyên 16 BIT  DIV_I: Chia hai số nguyên 16 BIT  EN: Ngõ vào cho phép IN1 * IN2 = OUT (IN1 / IN2 = OUT, nếu kết quả có dƣ thì phần dƣ sẽ đƣợc bỏ).  IN1, IN2: VW, IW, MW, QW, SW, SMWW, T, C, AC, LW, AIW, CONSTAN, *VD, *LD, *AC, INT  OUT: VW, IW, MW, QW, SW, SMWW, T, C, AC, *VD, *LD, *AC, INT  Khi ngõ vào cho phép lên 1 chƣơng trình sẽ thực hiện việc nhân hay chia hai số nguyên 16 BIT ở IN1, IN2 tƣơng ứng, kết quả đƣa vào OUT.  Trƣờng hợp chia: Vì OUT là số nguyên nên phần dƣ của phép chia sẽ bị bỏ.  Trƣờng hợp nhân: Nếu phép nhân bị tràn bộ nhớ thì OUT sẽ chứa phần BYTE thấp. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 146  Tƣơng tự, ta có  MUL_DI: Nhân hai số nguyên 32 BIT  DIV_DI: Chia hai số nguyên 32 BIT  MUL_R: Nhân hai số thực  DIV_R: Chia hai số thực  Phép tăng giảm:  Tăng, giảm BYTE:  INC_B: Tăng BYTE  DEC_B: Giảm BYTE  EN: Ngõ vào cho phép IN1 + 1 = OUT (IN1 – 1 = OUT).  IN1: VB, IB, MB, QB, SB, SMB, T, C, AC, LB, CONSTAN, *VD, *LD, *AC, BYTE  OUT: VB, IB, MB, QB, SB, SMB, *VD, *LD, *AC, AC,  Các hàm tƣơng tự:  INC_W: Tăng WORD  DEC_W: Giảm WORD  INC_DW: Tăng DWORD  DEC_DW: Giảm DWORD  Phép toán so sánh:  So sánh bằng: Khi IN1 = IN2 thì ngõ ra tích cực  IN1, IN2: VB, IB, MB, QB, SB, SMB, T, C, AC, LB, CONSTAN, *VD, *LD, *AC, BYTE  OUT: V, I, M, Q, S, SM, T, C, L, BOOL Tƣơng tự, ta có các hàm so sánh nhƣ sau:  So sánh khác:  So sánh lớn hơn hoặc bằng: >=  So sánh nhỏ hơn hoặc bằng: <=  So sánh lớn hơn: >  So sánh nhỏ hơn: < Cũng tƣơng tự hàm so sánh cho BYTE, ta có các phép so sánh cho số INT, DINT, REAL. Khi thực hiện các hàm so sánh thì IN1, IN2 phải đƣợc chọn đúng kiểu dữ liệu. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 147 1.4. Module truyền thông PROFIBUS EM 277 và module mở rộng vào/ra số EM 223 1.4.1. Module truyền thông PROFIBUS EM 277  Đặc tính kỹ thuật EM 277 PROFIBUS – DP là module mở rộng thông minh, kết nối với PLC S7 200 CPU22x để truyền thông nối mạng trong mạng PROFIBUS.  Nguồn cấp: 24 VDC.  Cổng truyền thông: 1 cổng RS 485, tự động điều chỉnh tốc độ Baud (9.6 – 12Mbaud)  Tốc độ truyền PROFIBUS – DP/MPI: 9.6, 19.2, 45.45, và 500 Kbaud; 1, 1.5, 3, 6 và 12Mbaud.  Chuẩn truyền thông: PROFIBUS-DP slave và MPI slave.  Địa chỉ trạm: 0-99.  Có thể kết nối tối đa 6 MPI  Cấu hình địa chỉ cho EM 277  EM 277 có 2 Switch gạt để đặt địa chỉ, có thể đặt địa chỉ từ 00 – 99.  Switch “x10” = Đặt con số hàng chục  Switch “x1” = Đặt con số hàng đơn vị  Kết nối PLC S7 – 200 vào mạng PROFIBUS – DP thông qua EM 277 EM 277 sẽ đƣợc cấu hình bởi DP - Master để có thể nhận dữ liệu từ DP – Master hay gửi dữ liệu lên DP – Master. EM 277 đƣợc thiết lập địa chỉ bằng các Switch nằm trên module. Dữ liệu DP – Master gửi xuống DP – Slave gọi là Output Data, dữ liệu DP – Master nhận về gọi là Input Data. Input và Output Data buffer nằm trong vùng nhớ V của PLC S7 200. Địa chỉ bắt đầu hay độ dài của Data sẽ đƣợc cấu hình bởi DP - Master. DP – Master còn xác định cách thực Data truyền đi: Theo Byte, Word… Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 148 1.4.2. Module mở rộng vào/ra số EM 223 Module EM 223 DC/DC có 4 đầu vào và 4 đầu ra số, đƣợc dùng để mở rộng số lƣợng đầu vào/ra khi trên số lƣợng đầu vào/ra trên CPU không đủ.  Đầu vào số: 4  Đầu ra số: 4  Nguồn cấp: 24VDC  Đầu ra: 24VDC Transitor. 1.5. Một số thiết bị điều khiển khác trong dây chuyền 1.5.1. Cảm biến  Cảm biến quang điện là một loại khác của thiết bị cảm biến vị trí. Cảm biến quang điện dùng sự ngăn chặn hay sự phản xạ của chùm tia sáng đã đƣợc điều chế khi gặp vật thể để xác định vật thể. Bộ điều khiển gồm một bộ phát xạ (nguồn sáng ) một bộ thu để xác định ánh sáng phát ra, với sự hỗ trợ của mạch điện tử đánh giá và khuyếch đại tín hiệu bắt đƣợc để thay đổi ngõ ra của cảm biến. Chúng ta khá gần gũi với những ứng dụng của cảm biến quang điện ví dụ nhƣ đƣợc đặt trƣớc cữa để cảnh báo có ngƣời vào, phát hiện sản phẩm Sơ đồ nguyên lý của cảm biến quang  Cảm biến tiệm cận bao gồm tất cả các loại cảm biến phát hiện vật thể không cần tiếp xúc nhƣ công tắc hành trình mà dựa trên những mối quan hệ vật lý giữa cảm biến và vật thể cần phát hiện. Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện. Có 3 hệ thống phát hiện để thực hiện công việc chuyển đổi này: hệ thống sử dụng dòng điện xoáy đƣợc phát ra trong vật thể kim loại nhờ hiện tƣợng cảm ứng điện từ, hệ thống sử dụng sự thay đổi điện dung khi đến gần vật thể cần phát hiện, hệ thống sử dụng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 149  Ta có một số hình vẽ về các loại cảm biến sử dụng trong trạm FMS: 1.5.2. Động cơ DC SERVO Động cơ DC và động cơ bƣớc vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để động cơ quay nhƣng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơ bƣớc là động cơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhận đƣợc. Việc thiết lập một hệ thống điều khiển để xác định những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơ hoặc làm động cơ không quay cũng không dễ dàng. Mặt khác, động cơ servo đƣợc thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ đƣợc nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ đƣợc hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chƣa đạt đƣợc vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt đƣợc điểm chính xác. Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thƣớc, đƣợc sử dụng trong nhiếu máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay và xe hơi. Ứng dụng mới nhất của động cơ servo là trong các robot, cùng loại với các động cơ dùng trong mô hình máy bay và xe hơi. 1.5.3. Van điện từ STNC DC 24 Nguyên lý hoạt động: có một cuộn dây điện, trong đó có một lò xo và một lỏi sắt, lỏi sắt đó lại tỳ vào một đầu gioăng cao su. Bình thƣờng không có điện thì lò xo ép vào lỏi sắt để đóng van. Khi ta đƣa dòng điện vào, cuộn dây sinh ra từ trƣờng hút lổi sắt, từ trƣờng này đủ mạnh thắng đƣợc lò xo khi đó van mở ra cho dòng khí lƣu thông. 1.5.4. Hệ thống khí nén (FRL) Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 150  Bộ nguồn khí nén: Bộ phận không thế thiếu đƣợc trong hệ thống điều khiển khi nén đƣợc ký hiệu là FRL ( Filter Regulatorpression Lubricatoroil). Nó có chức năng chính là lọc sạch khí nén và điều chỉnh áp suất của nguôn khí khi đƣa vào hệ thống điều khiển khí nén. Máy nén khí  Cấu tạo bộ FRL: có 3 bộ phận chính  F: Filter có chức năng để lọc bụi và tác nƣớc  R: Regulatorpression bộ điều chỉnh áp suất  L: Lubricatoroil bộ bôi trơn để tạo khí trơn (có lẫn dầu)  Sơ đồ bộ FRL: Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 151 PHỤ LỤC 2: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CÁC TRẠM QUA MẠNG TRUYỀN THÔNG PROFIBUS 2.1. Tổng quan về mạng truyền thông và cấp hiện trường Hình 3.0: hệ thống mạng truyền thông công nghiệp Đây là cấp nằm tại hiện trƣờng và tất nhiên cấp này nằm sát với dây chuyền sản xuất nhất. Các thiết bị chính trong cấp này là sensor và cơ cấu chấp hành, chúng có thể đƣợc nối mạng trực tiếp hoặc thông qua đƣờng Bus để nối với cấp trên (cấp điều khiển). Hệ thống Bus dùng để kết nối các thiết bị ở cấp hiện trƣờng với cấp điều khiển gọi là Bus trƣờng (fieldbus), trong thực tế hệ thống Bus này đòi hỏi cần có đáp ứng thời gian thực trong các cuộc trao đổi thông tin, một đặc trƣng của các cuộc trao đổi tin trong cấp trƣờng là các bản tin thƣờng có chiều dài không lớn. Điển hình của Bus trƣờng là: Profibus-DP, Profibus-PA, Can, Foundation Fielbus, DeviceNet. 2.2. Cấp điều khiển Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 152 Cấp này bao gồm các trạm điều khiển hiện trƣờng (FCS), các bộ điều khiển logic lập trình (PLC), các thiết bị quan sát ... Chức năng thu thập các tín hiệu từ hiện trƣờng, thực hiện điều khiển cơ sở, điều khiển logic, tổng hợp dữ liệu … Các thiết bị ở cấp này đƣợc kết nối với nhau và kết nối với các thiết bị ở cấp trên (cấp điều khiển giám sát) thông qua Bus hệ thống, thực tế các bản tin trao đổi trên Bus hệ thống cũng đòi hỏi tín năng thời gian thực cao, mặt khác đặc thù của các bản tin là chiều dài lớn hơn nhiều so với các bản tin trao đổi trên Bus trƣờng. Điển hình của Bus hệ thống là: Profibus-FMS, ControlNet, Industrial Ethernet. 2.3. Cấp điều khiển giám sát Các thiết bị trong cấp này bao gồm các trạm giao tiếp ngƣời máy HIS, các trạm thiết kế kỹ thuật EWS, và các thiết bị phụ trợ khác. Chức năng của cấp này là thực hiện điều khiển quá trình (Process Control), thực hiện các thuật toán điều khiển tối ƣu... 2.4. Cấp quản lí kỹ thuật và cấp quản lí kinh tế Thực chất các cấp này rất quan trọng đối với các hoạt động của công ty, tuy nhiên yêu cầu về tốc độ trao đổi thông tin cũng nhƣ đòi hỏi về thời gian thực là không cao, chức năng của các cấp này là quản lí tình trạng hoạt động của các thiết bị trong toàn hệ thống cũng nhƣ hoạch định chiến lƣợc phát triển sản xuất dựa trên tình trạng của thiết bị. Một số giao thức dùng trong các hệ thống mạng này là Fast Ethernet, TCP/IP. 2.5. Giới thiệu mạng PROFIBUS ProfiBus là một hệ thống Bus trƣờng chuẩn mở rộng dùng để nối các thiết bị trƣờng với các thiết bị điều khiển và giám sát. ProfiBus là một thiết bị nhiều chủ, nó cho phép các thiết bị điều khiển tự động, các trạm kỹ thuật và hiển thị quá trình cũng nhƣ các phụ kiện phân tán cùng làm việc trên một đƣờng truyền chung là Bus. ProfiBus thực hiện chức năng ứng dụng hoạt động theo chu kỳ, có độ tin cậy cao và có khả năng đáp ứng cao về tính năng thời gian thực. Mạng PROFIBUS đƣợc cung cấp theo ba chủng loại tƣơng thích nhau.  PROFIBUS – DP (Distributed Peripheral) phục vụ cho việc trao đổi thông tin nhỏ nhƣng đòi hỏi tốc độ truyền nhanh. PROFIBUS – DP đƣợc xây dựng tối ƣu cho việc kết nối các thiết bị trƣờng với máy tính điều khiển. PROFIBUS – DP phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu cao về tính năng thời gian trong trao đổi dữ liệu, giữa cấp điều khiển cũng nhƣ các bộ PLC hoặc các máy tính công nghiệp với các ngoại vi phân tán ở cấp trƣờng nhƣ các thiết bị đo, truyền động và van. Việc trao đổi chủ yếu đƣợc thực hiện tuần hoàn theo cơ chế Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 153 Master/Slave. Với số trạm tối đa trong một mạng là 126, PROFIBUS – DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ (Mono Master) hoặc nhiều trạm chủ (Multi Master). Một đặc trƣng nữa của PROFIBUS – DP là tốc độ truyền cao, có thể lên tới 12 Mbit/s.  PROFIBUS – FMS (Fieldbus Message Specification) trao đổi lƣợng thông tin trung bình giữa các thành viên bình đẳng với nhau trong mạng. PROFIBUS – FMS đƣợc dùng chủ yếu cho việc nối mạng các máy tính điều khiển và giám sát. Mạng này chỉ thực hiện ở các lớp 1, 2, 7 theo mô hình quy chiếu OSI. Do đặc điểm của các ứng dụng trên cấp điều khiển và điều khiển giám sát, dữ liệu chủ yếu đƣợc trao đổi với tính chất không định kỳ.  PROFIBUS – PA (Process Automation) đƣợc thiết kế riêng cho những khu vực nguy hiểm. PROFIBUS – PA là sự mở rộng của PROFIBUS – DP về phƣơng pháp truyền dẫn an toàn trong môi trƣờng dễ cháy nổ theo chuẩn IEC 61158-2. PROFIBUS – PA là loại bus trƣờng thích hợp cho các hệ thống điều khiển phân tán trong các ngành công nghiệp hoá chất và hoá dầu. Thiết bị chuyển đổi (DP/PA-Link) đƣợc sử dụng để tích hợp đƣờng mạng PA với mạng PROFIBUS DP. Điều này đảm bảo cho toàn bộ thông tin có thể đƣợc truyền liên tục trên hệ thống mạng PROFIBUS bao gồm cả DP và PA ProfiBus là một chuẩn truyền thông trong công nghiệp đƣợc sử dụng rất rộng rãi, có hai loại thiết bị thƣờng gặp trong mạng truyền thông ProfiBus đƣợc phân biệt là thiết bị chủ (Master) và thiết bị tớ (Slave).  Thiết bị chủ (Master) có khả năng kiểm soát truyền thông trên Bus, một trạm chủ có thể gửi thông tin khi nó giữ quyền truy nhập Bus. Trạm chủ còn đƣợc gọi là trạm tích cực.  Thiết bị tớ (Slave) là các thiết bị trƣờng vào ra phân tán, cảm biến và cơ cấu chấp hành. Chúng không đƣợc quyền truy nhập Bus mà chỉ đƣợc phép xác nhận hoặc trả lời thông tin nhận đƣợc từ trạm chủ khi đƣợc yêu cầu. Một trạm tớ còn đƣợc gọi là trạm thụ động. Một trạm tớ thực hiện ít dịch vụ hơn, tức là xử lý giao thức đơn giản hơn so với trạm chủ. 2.6. Cấu hình hệ thống và dạng thiết bị PROFIBUS-DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ (Monomaster) hoặc nhiều trạm chủ (Multimaster) với số trạm tối đa trong một đoạn mạng là 126 trạm. Trong cấu hình nhiều chủ, tất cả các trạm chủ đều có thể đọc dữ liệu đầu vào/ra của các trạm tớ nhƣng chỉ duy nhất một trạm chủ đƣợc quyền ghi dữ liệu đầu ra. Các quy Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 154 định cho cấu hình hệ thống bao gồm số lƣợng trạm, gán địa chỉ cho các I/O phân tán, đồng nhất dữ liệu I/O, dạng thông báo chuẩn đoán và thông số Bus sử dụng. Tùy theo phạm vi chức năng, kiểu dịch vụ thực hiện ngƣời ta phân biệt các dạng dịch vụ sau:  DP-Master cấp 1 (DPM1), đây là một bộ điều khiển trung tâm trao đổi thông tin với các trạm phân tán (DP-Slave) theo một chu kỳ thông báo xác định. Các thiết bị điển hình dạng này là các bộ PLC, máy CNC hoặc điều khiển Robot.  DP-Master cấp 2 (DPM2), các thiết bị thuộc dạng này là các thiết bị lập trình, thiết bị cấu hình hoặc thiết bị chuẩn đoán. Các thiết bị này đƣợc sử dụng trong quá trình khởi động để tạo ra cấu hình cho hệ thống DP.  DP-Slave, một DP-Slave là một thiết bị I/O (Sensor-Actuator) đọc vào các thông tin từ Input hoặc đƣa ra thông tin ngõ ra tới quá trình xử lý. Lƣợng thông tin ngõ vào hoặc ngõ ra phụ thuộc vào thiết bị.  Hệ thống Mono-Master, cấu hình hệ thống này chỉ có duy nhất một Master và là hệ thống có thời gian chu kỳ ngắn nhất..  Hệ thống Multi-Master, hệ thống này có nhiều Master, chẳng hạn nhƣ các thiết bị cấu hình, các thiết bị chuẩn đoán hoặc một số hệ thống con (subsystem) phụ thuộc lẫn nhau trên một Bus. Việc đặt cấu hình hệ thống đƣợc thực hiện bằng phần mềm, thông thƣờng một công cụ cấu hình cho phép ngƣời sử dụng bổ sung và tham số hóa nhiều loại thiết bị của cùng một nhà sản xuất một cách tƣơng đối đơn giản bởi các thông tin tính năng cần thiết của các thiết bị này đã đƣợc đƣa vào cơ sở dữ liệu của công cụ cấu hình. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 155 PHỤ LỤC 3: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM GIÁM SÁT WINCC V7.0 3.1. Tổng quan về phần mềm giám sát WinCC WinCC (Windows Control Center) là phần mềm tích hợp giao diện ngƣời máy IHMI (Integrated Human Machine Interface) đầu tiên cho phép kết hợp phần mềm điều khiển với quá trình tự động hoá. Những thành phần dễ sử dụng của WinCC giúp tích hợp những ứng dụng mới hoặc có sẵn mà không gặp bất kì trở ngại nào. Đặc biệt, với WinCC, ngƣời sử dụng có thể tạo ra một giao diện điều khiển giúp quan sát mọi hoạt động của quá trình tự động hoá một cách dễ dàng. Phần mềm này có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều loại PLC của các hãng khác nhau nhƣ Siemens, Mitsubishi, Allen Bradley, v.v..., nhƣng nó đặc biệt truyền thông rất tốt với PLC của hãng Siemens. WinCC còn có đặc điểm là đặc tính mở. Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm của ngƣời sử dụng, tạo nên giao diện ngƣời-máy đáp ứng nhu cầu thực tế một cách chính xác. Những nhà cung cấp hệ thống có thể phát triển ứng dụng của họ thông qua giao diện mở của WinCC nhƣ một nền tảng để mở rộng hệ thống. 3.2. Chức năng của trung tâm điều khiển (CONTROL CENTER) 3.2.1. Chức năng Control Center chứa tất cả chức năng quản lý cho toàn hệ thống. Trong Control Center, có thể đặt cấu hình và khởi động Run-time. a. Nhiệm vụ quản lý dữ liệu Quản lý dữ liệu cung cấp ảnh quá trình với các giá trị của tag. Tất cả các hoạt động của quản lý dữ liệu đều chạy trên một background (nên). b. Nhiệm vụ của Control Center Các nhiệm vụ chính của Control Center:  Lập cấu hình hoàn chỉnh  Hƣớng dẫn giới thiệu việc lập cấu hình  Thích ứng việc ấn định, gọi và lƣu trữ các dự án (Projects)  Quản lý các dự án (Projects)  Có khả năng nối mạng và soạn thảo cho nhiều ngƣời sử dụng trong một Projects Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 156  Quản lý phiên bản  Diễn tả bẳng đồ thị của dữ liệu cấu hình  Điều khiển và đặt cấu hình cho các hình vẽ/cấu trúc hệ thống  Thiết lập việc cài đặt toàn cục  Đặt cấu hình cho các chức năng định vị đặc biệt  Tạo và soạn thảo các tham khảo đan chéo  Phản hồi tài liệu  Báo cáo trạng thái hệ thống  Thiết lập hệ thống đích  Chuyển giữa Run-time và cấu hình  Kiểm tra chế độ mô phỏng, trợ giúp thao tác để đặt cấu hình dữ liệu bao gồm: Dịch hình vẽ, mô phỏng tag, hiển thị trạng thái và thiết lập thông báo 3.2.2. Cấu trúc Control Center có các cấu trúc nhƣ sau: a. Control Center  Tìm hiểu WinCC trong Control Center: Giao diện đồ họa cho cấu hình dƣới môi trƣờng Windows  Quản lý dữ liệu: Cung cấp ảnh quá trình với các dữ liệu của biến (tag). Truyền dữ liệu và quản lý dữ liệu đã nhận các hệ thống tự động. b. Các module chức năng  Phân hệ đồ họa (Graphic Designer): Hiển thị và kết nối các quá trình bằng đồ thị  Viết chƣơng trình cho các thao tác (Global Scrips): Tạo một dự án động cho các yêu cầu đặc biệt.  Hệ thống thông báo (Alarm Logging): Xuất các thông báo và hồi đáp  Lƣu trữ và soạn thảo các giá trị đo lƣờng (Tag logging): Soạn thảo các giá trị đo và lƣu trữ chúng trong thời gian dài Soạn thảo dữ liệu liên quan đến ngƣời sử dụng và lƣu giữ chúng trong thời gian dài  Phân hệ báo cáo (Report Designer): Báo cáo trạng thái hệ thống c. Phản hồi tài liệu Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 157 Đối với trung tâm điều khiển (Control Center), việc in ra một hệ thống định sẵn có trong báo cáo thiết kế (Report Designer) để hiện thị nội dung tài liều. Tất cả các máy tính, các biến (tags) và các kết nối đã đƣợc định hình đều đƣợc in ra bằng “Print Job” hay hiển thị trên màn hình Các kiểu dữ liệu dự án đƣợc xuất ra bằng cách phản hồi tài liệu  Máy tính: Tên và kiểu máy tính (Server hay Client)  Tag management: Tên biến (tag), kiểu dữ liệu, kết nối, kênh  Kết nối: Kết nối với đơn vị và tham số 3.2.3. Soạn thảo (Editor) Editor dùng soạn thảo và điều khiển một dự án (Projects) hoàn chỉnh. Các bộ soạn thảo trong trung tâm điều khiển (Control Center) bao gồm  Alarm Logging (báo động): nhận các thông báo từ các quá trình để chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp và lƣu trữ các thông báo này  User Adminnistrator (quản lý ngƣời dung): Cho phép các nhóm và ngƣời sử dụng điều khiển truy nhập  Tex Library (thƣ viện văn bản): chứa các văn bản tùy thuộc ngôn ngữ do ngƣời dung tạo ra  Report Designer (báo cáo): Cung cấp hệ thống báo cáo đƣợc tích hợp có thể sử dụng để báo cáo dữ liệu, các giá trị, thông báo hiện hành và đã lƣu trữ, hệ thống tài liệu của chính ngƣời sử dụng  Global Scripts (viết chƣơng trình): Cho phép tạo các dự án động tùy thuộc vào từng yêu cầu của đặc biệt. Bộ soạn thảo này cho phép tạo các hàm và tạo các thao tác có thể đƣợc sử dụng trong một hay nhiều dự án tùy theo kiểu của chúng  Tag Logging (hiện thị giá trị xử lý): Xữ lý các giá trị đo lƣờng và lƣu trữ chúng trong thời gian dài  Graphics Designer (thiết kế đồ họa): Cung cấp các màn hình hiển thị và kết nối đến các quá trình Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 158 3.2.4. Các thành phần của dự án (Project) trong Control Center Một dự án bao gồm các thành phần sau: Máy tính, quản lý biến, kiểu dữ liệu và soạn thảo a. Máy tính Thành phần máy tính dung quản lý tất cả máy tính có thể truy cập một dự án hiện có. Có thể đặt cấu hình cho mỗi máy tính riêng biệt. Các thuộc tính của một máy tính : Bao gồm tên máy tính và kiểu máy tính.  Sever: Máy tính trung tâm để lƣu trữ dữ liệu và quản lý toàn cục trong hệ thống WinCC.  Client: Cũng đƣợc định nghĩa nhƣ một trạm làm việc (Work Station). Trung tâm điều khiển (Control Center) đƣợc tải cục bộ trong từng máy tính loại này. Thành phần này có nhiều mục con nhƣ : Các bộ điều khiển truyền thống để quản lý các biến (tags) quá trình, các tag nội, các kết nối logic và các nhóm biến.  Các bộ điều khiển truyền thông: Bộ điều khiển truyền thông là giao diện kết nối giữa một hệ thống PLC và WinCC. Hệ thống WinCC chứa các bộ điều khiển truyền thông (lien kết động) trong kênh DLL với các thông tin về:  Điều kiện tiên quyết cần để xử lý các tag qua trình băng PLC.  Các thủ tục chung để kết nối với tag ngoài.  Giới thiệu cấu hình đặc biệt của kênh DLL: WinCC hỗ trợ nhiều hang với chuẩn khác nhau nhƣ: Modbus Protocol Suite.chn, Mitsubishi FX.CHN, Profibus DP.CHN, Modbus serial.CHN, SIMATIC S7 Protocol Suite.CHN, SIMATIC S5 ETHERNET TF.CHN….  Khối kênh: Một kênh trong WinCC đƣợc thực hiện nhƣ một Windows DLL và đƣợc liên kết động với hệ thống. Một kệnh WinCC thực hiện việc truy nhập các kiểu tham số kết nối đặc biệt với các nghi thức đặc biệt (chẳng hạn kênh SIMATIC S5 ETHERNET TF.CHN hỗ trợ việc truy nhập SIMATIC S5 Protocol Suite.CHN). Một kênh DLL có thể hỗ trợ nhiều khối kênh của cùng một kiểu. Quản lý dữ liệu của WinCC đòi hỏi các giá trị quá trình lúc Run- time từ PLC ở xa thông qua kết nối Logic, khối kênh sẽ thực hiện các bƣớc truyền thông cần thiết để đáp ứng yêu cầu về các giá trị quá trình bằng kết nối kênh đặc biệt, do đó cung cấp các giá trị quy định cho quản lý dữ liệu WinCC. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 159 Dữ liệu đọc vào đƣợc lƣu trữ nhƣ ảnh quá trình trong Ram của máy tính. Tất cả các thành phần của WinCC đều truy nhập ảnh quá trình này. Các kết nối Logic, các nhóm tags và các tag cũng có thể đƣợc ấn định vào một khối kênh.  Kết nối: một kết nối logic mô tả giao diện giữa hệ thống tự động và quản lý dữ liệu trong WinCC. Quản lý dữ liệu của máy tính Server đảm trách việc cung cấp các tags với các giá trị quá trình khi Run-time. Quản lý dữ liệu cung cấp các giá trị quá trình đến các tags nội bộ của nó cũng nhƣ các tags của máy Client tƣơng ứng. Quản lý dữ liệu chuyển các tags đƣợc truy cập đến kết nối logic của chúng vì thế đến đƣợc kênh thích hợp. Các kênh sẽ thực hiện các bƣớc truyền thông cần thiết bằng tuyến quá trình theo các tối ƣu nhất. Bằng cách này, việc giảm thiểu chuyển dữ liệu là cần thiết trên tuyến quá trình để gán giá trị cho các tags. b. Biến (tag) Tags WinCC là phần tử trung tâm để truy nhập các giá trị quá trình . Trong một dự án, chúng nhận một tên và kiểu dữ liệu duy nhất. Kết nối logic sẽ đƣợc gán với biến WinCC. Kết nối này sẽ xác định rằng kênh nào sẽ chuyển giao giá trị quá trình cho các biến. Các biến đƣợc lƣu 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 đƣợc nạp và các cấu trúc Run-time tƣơng ứng đƣợc thiết lập. Mỗi biến đƣợc lƣu trữ trong quản lý dữ liệu theo một kiểu dữ liệu chuẩn.  Biến nội: Các biến nội không có đỉa chỉ trong PLC, do đó quản lý dữ liệu bên trong WinCC sẽ cung cấp cho toàn bộ hệ thống mạng (NETWORK). Các biến nội đƣợc dùng lƣu trữ thông tin tổng quá nhƣ: Ngày, giờ hiện hành, lớp hiện hành, cập nhật liên tục. Hơn nữa, các biến nội cho phép trao đổi dữ liệu giữa các ứng dụng để thực hiện việc truyền thông cho cùng quá trình theo cách tập trung và tối ƣu.  Biến quá trình: Trong hệ thống WinCC, biến ngoại cũng đƣợc hiểu là biến quá trình. Các biến quá trình đƣợc liên kết với truyền thông logic để phản ánh thông tin về địa chỉ của các hệ thống PLC khác nhau. Các biến ngoại chứa một mục tổng quá gồm các thông tin về tên, kiểu, các giá trị giới hạn và một mục chuyên biệt về kết nối mà cách diễn tả phụ thuộc vào kết nối logic. Quản lý dữ liệu luôn cung cấp những mục đặc biệt của quá trình cho các ứng dụng của một mẫu văn bản.  Nhóm biến: Nhóm biến chứa tất cả các biến có kết nối logic lẫn nhau.  CPU: nhóm này chứa tất cả các biến truy nhâp cùng một CPU . Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 160  Lò nhiệt: nhóm này chứa tất cả các biến truy nhập cùng một lò.  I/O số: nhóm này chứa tất cả các biến truy nhập các đầu vào/ra số tƣơng tự  Một kết nối logic diễn tả giao diện giữa hệ thống tự động và quản lý dữ liệu. Mỗi nhóm biến đƣợc gán với một khối kênh. Một kênh có thể chứa nhiều nhóm biến