Luận văn Nghiên cứu mô hình giám sát và điều khiển động cơ bước

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1. Đặt vấn đề: Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp hành đặc biệt hữu hiệu bởi nĩ cĩ thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dưới dạng số. các loại động cơ bước được sử dụng ngày càng rộng rãi trong các hệ thống tự động, điều khiển xa và nhiều thiết bị điện tử khác, nổi bật là trong các lĩnh vực sau: điều khiển robot, điều khiển lập trình trong các thiết bị gia cơng, điều khiển máy dập giấy decal, … v,…v, … Và cũng trong điều khiển chính xác người ta cần những động cơ cĩ thể đạt được độ chính xác cao theo đúng yêu cầu cả về lực và tốc độ. Động cơ bước là một trong những sự lựa chọn tốt để đáp ứng được những yêu cầu trên với khả năng chuyển động chính xác đến từng bước thậm chí là vi bước. Đặc biệt việc điều khiển motor bước được ứng dụng phổ biến trong xí nghiệp, nhà máy phục vụ trong cơng việc sản xuất hiện nay. Bên cạnh đĩ việc phát triển các phần mềm ứng dụng cũng ngày một cao hơn, đặc biệt với WinCC ( Windows Control Center), đây là phần mềm tích hợp giao diện người và máy IHMI (Integrated Human Machine Interface) đầu tiên cho phép kết hợp phần mềm điều khiển với quá trình tự động hĩa, là phần mềm ứng dụng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu của một hệ thống tự động hĩa quá trình sản xuất.Với WinCC, người sử dụng cĩ thể tạo ra một giao diện điều khiển giúp quan sát mọi hoạt động của quá trình tự động hĩa một cách dễ dàng. Việc sử dụng những bộ điều khiển lập trình PLC riêng lẻ khơng đáp ứng yêu cầu điều khiển của một hệ thống Scada, cần phải kết hợp thêm các bộ hiển thị HMI (Human Machine Interface) giao diện người và máy. Phần mềm này cĩ thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều loại PLC của các hãng khác nhau như Siemens, Mítubishi, Allen Bradley,v.v…,nhưng nĩ đặc biệt truyền thơng rất tốt với PLC của hãng Siemens.Trong lãnh vực tự động hĩa trong cơng nghiệp, WinCC là một trong những phần mềm HMI chuyên dùng của hãng Siemens để quản lý thu thập dữ liệu và điều khiển quá trình cơng nghiệp, chương trình dùng để điều hành các nhiệm vụ của màn hình hiển thị và hệ thống điều khiển trong tự động hĩa sản xuất. WinCC được cài đặt trên máy tính và giao tiếp vơí PLC thơng qua cổng COM1 hoặc COM2 (chuẩn RS- 232) của máy tính. Do đĩ, cần phải cĩ một bộ chuyển đổi từ chuẩn RS-232 sang chuẩn RS-485 của PLC. WinCC cịn cĩ đặc tính mở. Nĩ cĩ thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm người sử dụng, tạo nên giao diện người-máy đáp ứng nhu cầu thực tế một cách chính xác. Những nhà cung cấp cĩ thể phát triển ứng dụng của họ thơng qua giao diện mở của WinCC như một nền tảng để mở rộng hệ thống. Ngồi khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống cĩ qui mơ lớn nhỏ khác nhau, WinCC cịn cĩ thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng cĩ qui mơ tồn cơng ty như việc tích hợp với những hệ thống cao cấp như MES(Manufacturing Excution System- Hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất)và ERP(Enterprise Resource Planning).WinCC cũng cĩ thể sử dụng trên cơ sở qui mơ tồn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của Siemens cĩ mặt trên tồn thế giới. Đối với S7-300 thì việc kết nối với WinCC một cách dễ dàng nhờ sự tích hợp sẵn. Trong khi thực tế các PLC S7-200 vẫn cịn sử dụng nhiều mà WinCC thì khơng tích hợp sẵn. Vì vậy việc kết nối giữa S7-200 và WinCC phải thơng qua phần mềm S7-200 PC Access để liên kết. Đây cũng là một phần được trình bày trong bài luận văn này. Đề tài mà tơi thực hiện là một ví dụ thực tiển: Mơ hình giám sát và điều khiển động cơ bước. Nội dung đề tài bao gồm các vấn đề sau: Tìm hiểu về S7-200 (CPU 226CN) để lập trình. Tìm hiểu về WinCC, PC Access. Thiết kế được mơ hình giám sát và điều khiển động cơ bước dùng PLC S7-200 để thực hiện cắt giấy theo một chiều dài định sẵn và cĩ sự giám sát của máy tính. 2. Giới hạn đề tài: Với thời gian gần bảy tuần thực hiện đề tài, cũng như trình độ chuyên mơn cĩ hạn nên ở đề tài này chỉ làm: Tìm hiểu về các bộ điều khiển động cơ bước và sử dụng S7-200 (CPU 226CN) để lập trình, tìm hiểu về PC Access, HMI và dùng WinCC để giám sát mơ hình cắt giấy tự động. Rất mong nhận được sự gĩp ý kiến quý thầy cơ và các bạn sinh viên để hồn thiện hơn về về tài này. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN 1. Giới thiệu sơ lược về PLC S7-200. 1.1 Giới thiệu tổng quát về họ PLC S7. Họ PLC S7 là một họ PLC mạnh, tốc độ xử lý cao, khả năng quản lý bộ nhớ tốt, kết nối mạng cơng nghiệp. Hiện nay họ PLC S7 gốm cĩ S7-200, S7-300, S7-400. Mỗi một thế hệ PLC lại cĩ nhiều chủng loại CPU khác nhau. Đối với PLC S7, cĩ thể thực hiện các phép tốn lo6gic, đếm, định thời, các thực tốn phức tạp và thực hiện truyền thơng với các thiết bị khác. Một số thơng số kỹ thuật của S7-200 CPU22X. 1.2 Cấu hình vào ra của S7-200 CPU226CN 1.3 Những khái niệm cơ sở của PLC S7-200 1.3.1 khái niệm vịng quét của PLC Đọc dữ liệu đầu vào: Đọc các trạng thái vật lý ( Input ) vào bộ đệm ảo ( IR – Input Register ). Thực thi chương trình: CPU đọc dữ liệu từ IR, thực hiện chương trình phần mềm, kết quả dược lưu lại ở các vùng nhớ thích hợp và bộ đệm ảo đầu ra ( OR – Output Register ). Xử lý các yêu cầu truyền thơng ( Option ) : nếu cĩ yêu cầu truyền thơng xử lý ngắt. Tự chuẩn đốn lỗi: CPU kiểm tra lỗi của hệ điều hành trong Rom, các vùng nhớ và các trạng thái làm việc của các module mở rộng. Xuất kết quả ở đầu ra : CPU đọc kết quả từ OR, và xuất kết quả ra các cổng vật lý. Một số lưu ý : Đầu vào số : + Nếu khơng dùng tính năng I ( Immediately ) thì dữ liệu đầu vào được cập nhật tại bộ đệm ảo. + Nếu dùng tính năng này, chương trình bỏ qua bộ đệm ảo. Đầu vào tương tự : + Nếu bỏ qua tính năng lọc tương tự, thì chương trình sẽ lấy trực tiếp dữ liệu tại cổng vật lý. + Nếu dùng tính năng này, thì chương trình sẽ đọc các giá trị được lưu lại. Mơ tả vịng quét : + Mỗi một vịng quét cơ bản của PLC mất từ 3ms – 10ms, tùy thuộc vào số lượng cũng như kiểu lệnh viết trong chương trình. 3 Thay đổi mức logic đầu vào 1/Thời cập nhật bộ đệm đầuvào. 2/ Thời gian thực thi chương trình. 3/ Thời gian xuất kết quả ra cổng vật lý. 1.3.2 Phân chia vùng nhớ trong S7-200 : a. Vùng đệm ảo đầu vào ( I ; I0.0- I15.7 ): CPU sẽ truy cập các đầu vào vật lý tại đầu mỗi chu kỳ quét và ghi dữ liệu vào bộ đệm ảo. Định dạng truy cập : b. Vùng đệm ảo đầu ra ( Q ; Q0.0-Q15.7 ): Cuối mỗi chu kỳ quét, CPU S7-200 sẽ truy cập dữ liệu từ bộ đệm ảo xuất ra các đầu ra vật lý. Định dạng truy cập : c. Vùng nhớ thời gian ( T ; T0-T255): Vùng nhớ này dùng cho các bộ thời gian của S7-200. Đối với một bộ Timer cĩ hai hình thức truy cập vùng nhớ, truy cập theo Timer bit hoặc Current Value. Định dạng truy cập : Tùy theo lệnh sử dụng trong chương trình mà cho phép ta truy cập theo Timer bit hay Current value. d. Vùng nhớ bộ đếm ( C ; C0-C255 ): Vùng nhớ này dùng cho các bộ đếm của S7-200. Đối với một bộ Counter cĩ hai hình thức truy cập vùng nhớ, truy cập theo Counter bit hoặc Current Value. Định dạng truy cập : Tùy theo lệnh sử dụng trong chương trình mà cho phép ta truy cập theo Counter bit hay Current Value. e. Vùng nhớ đặc biệt ( SM ) : Vùng nhớ này cung cấp các bit truyền thơng giữa CPU và chương trình. Các bit này được dùng để lựa chọn và điều khiển một số chức năng đặc biệt của CPU S7-200. Định dạng truy cập : 1.3.3 Truy cập dữ liệu gián tiếp thơng qua con trỏ: a. Con trỏ ( Pointer ) : là một ơ nhớ cĩ kích thước một từ kép ( double word ) chứa địa chỉ của một ơ nhớ khác. Khi ta truy cập vào ơ nhớ của con trỏ cĩ nghĩa ta đang đọc địa chỉ của ơ nhớ mong muốn. Cĩ 3 vùng nhớ trong S7-200 cho phép dùng làm con trỏ : V, L, AC1, AC2, AC3. S7-200 cho phép dùng con trỏ để truy cập các địa chỉ nhớ sau: I, Q, V, M, S, T ( current value ) , C ( current value ). S7-200 khơng cho phép dùng con trỏ để truy cập các địa chỉ nhớ AL, AQ, HC, SM, L và địa chỉ dưới dạng bit. Khi sử dụng cách truy cập dữ liệu thơng qua con trỏ, trong S7-200 sử dụng 2 ký tự & và *. + Ký tự &: Dùng để khởi tạo con trỏ. Ví dụ : MOVD & VB200, AC1. Chuyển địa chỉ VB200 ( khơng chuyển nội dung ) vào thanh ghi AC1. Thanh ghi AC1 trở thành con trỏ. + Ký tự * : Dùng để truy cập nội dung ơ nhớ cĩ địa chỉ chứa trong con trỏ. Ví dụ : MOVB *AC1, VB200. Chuyển nội dung ơ nhớ cĩ địa chỉ lưu trong con trỏ AC1 vào ơ nhớ cĩ địa chỉ VB200. Ví dụ : b. Lưu ý : Để thay đổi nội dung con trỏ : Sử dụng lệnh tăng +D ( Tăng từ kép, do con trỏ là một thanh ghi 32 bit). Nếu truy cập theo byte : Tăng nội dung con trỏ lên 1. Nếu truy cập theo word : Tăng nội dung con trỏ lên 2. Nếu truy cập theo double word: Tăng nội dung con trỏ lên 4. 1.4 Lựa chọn ngơn ngữ lập trình: Trong S7-200 cho phép lựa chọn 3 ngơn ngữ lập trình : Ngơn ngữ LADDER ( LAD ). Ngơn ngữ STL. Ngơn ngữ FBD. Ba ngơn ngữ này về mặt hình thức cĩ thể chuyển đổi lẫn cho nhau. Việc lựa chọn ngơn ngữ lập trình là tùy theo thĩi quen, sở thích cũng như kinh nghiệm của người sử dụng. 1.4.1 Ngơn ngữ LADDER : Là ngơn ngữ lập trình đồ họa dựa trên cơ sở sơ đồ trang bị điện, việc kết nối lập trình đồ họa giống với việc thiết lập các sơ đồ relay- contactor. Một chương trình nguồn viết bằng LAD được tổ chức thành các network, mỗi network thực hiện một cơng việc nhỏ. S7-200 đọc chương trình từ trên xuống dưới, từ trái qua phải, sau đĩ lập lại ở vịng quét tiếp theo. Ví dụ ngơn ngữ LADDER: 1.4.2 Ngơn ngữ STL : Là ngơn ngữ lập trình dưới dạng Text gần giống với lập trình hợp ngữ trong vi điều khiển và vi xử lý, là một ngơn ngữ mạnh cho phép tạo ra một chương trình mà LAD và FBD rất khĩ tạo ra. Một chương trình viết dưới dạng STL được tổ chức thành các network, mỗi network thực hiện một cơng việc nhỏ. S7-200 đọc chương trình từ trên xuống dưới, sau đĩ lập lại ở vịng quét tiếp theo. Ví dụ ngơn ngữ STL: 1.4.3 Ngơn ngữ FBD : Là ngơn ngữ lập trình đồ họa dựa trên cơ sở kết nối các khối hàm, sử dụng các ký hiệu logic giống với đại số boolean. Các hàm tốn học phức tạp cũng được thể hiện dưới dạng khối với các đầu vào đầu ra thích hợp. S7-200 đọc chương trình từ trên xuống dưới, từ trái qua phải, sau đĩ lập lại ở vịng quét tiếp theo. Ví dụ ngơn ngữ FBD : 2. Giới thiệu về S7-200 PC ACCESS S7-200 PC ACCESS được dùng trong luận văn này với mục đích kết nối giữa S7-200 và Wincc, để làm được điều này ta cần tìm hiểu về cách cài đặt và sử dụng của nĩ như thế nào . 2.1. Cài đặc S7-200 PC Access Các bước thực hiện: Trên thanh Taskbar, chọn All Programs > Run. Hộp thoại Run xuất hiện, chọn nút Browse. Hộp thoại Browse xuất hiện, chọn đường dẫn đến chương trình cài đặt. Chọn file Setup, rồi nhấp Open để mở. Hộp thoại Run xuất hiện, nhấp OK. Hộp thoại Choose Setup Language xuất hiện, chọn ngơn ngữ English, rồi nhấp OK. Vệt sáng xuất hiện lan dần qua phải trên hộp thoại cho biết chương trìng đang cài đặt. Hộp thoại InstallShield Wizard xuất hiện, nhấp Next tiếp tục cài đặt. Hộp thoại kế tiếp xuất hiện, chọn Yes. Hộp thoại hiển thị đường dẫn cài đặt chương trình. Nếu muốn thay đổi đường dẫn chọn nút Browse. Ở đây ta giữ nguyên đường dẫn mặc định, Nhấp Next. Vệt sáng xuất hiện lan dần từ trái sang phải cho biết quá trình cài đặt đang tiến hành Bảng SIMATIC Device Drivers Setup xuất hiện. Sau khi các vệt sáng chạy xong, hộp thoại Set PG/PC Interface xuất hiện, nhấp OK. Hộp thoại InstallShield Wizard xuất hiện, nhấp Finish kết thúc quá trình cài đặt. 2.2 Cách sử dụng S7-200 PC Access : 2.2.1 Tạo sự kết nối cho một PLC : Trong S7-200 PC Access với trợ giúp OPC bao gồm 3 biến đối tượng : PLC Folder ( khơng cần thiết) Item Khi tạo một dự án mới, việc kết nối PLC phải được làm trước với hai bước sau a. Thiết lập cấu hình giao tiếp : Khởi động S7-200 PC Access, tù thanh Taskbar chọn Start > Simatic > S7-200 PC Access. Mở một dự án mới, chọn File > New, cửa sổ Unititled- S7-200 PC Access xuất hiện. Nhấp phải vào Microwin chọn PG/PC Interface.. Cửa sổ Set PG/PC Interface xuất hiện . Nhấp chọn PC/PPI cable(PPI), rồi chọn Properties, xuất hiện hộp thoại Properties – PC/PPI cable. Chọn địa chỉ và tốc độ truyền cho S7-200 PC Access , thơng thường để mặc định như trên, Ở mục Local connection chọn cổng COM cần kết nối với PLC. Sau đĩ nhấn Ok để chấp nhận. b. Thiết lập cấu hình mới cho một PLC : Trên cửa sổ làm việc của S7-200 PC Access, nhấp phải Microwin chọn New PLC. Cửa sổ PLC Properties xuất hiện, ở mục Name nhập vào tên PLC cần làm việc, ở đây chọn tên PLC1. Ở mục Netwok Address cần phải chọn con số phù hợp với địa chỉ cấu hình của PLC trong dự án Step 7 –Micro/Win, thơng thường đối với S7-200 thì mặc định với số 2. 2.2.2 Tạo mục Item : Nhấp phải vào mục PLC1 chọn New, rồi chọn item. Hộp thoại Item properties xuất hiện, ở mục Name nhập tên theo dự án đã tạo ở S7-200, ở mục Address nhập địa chỉ vùng nhớ, ngõ vào ngõ ra phù hợp với dự án mà ta đã thiết lập trên S7-200, sau đĩ nhấp ok để chấp nhận. Cụ thể sẽ được trình bày ở chương 4. Sau khi nhấn Ok ta được kết quả sau, tương tự ta tạo thêm nhiều Item khác. Sau đĩ nhấp chuột chọn các item vừa tạo rồi kéo rê thả vào vùng Test Client . 2.2.3Chạy thử, kiểm tra : Nhấp chọn Status > Start test Client. Nếu thấy ở cột Qualty chuyển từ Bad sang Good là việc kết nối đã thành cơng. 3. Khái quát về động cơ bước: Trong hệ thống tự động và trong máy tính điện tử ngày càng sử dụng rộng rải hệ thống truyền động rời rạc. Các hệ thống truyền động rời rạc này thực hiện nhờ loại động cơ chấp hành đặc biệt gọi là động cơ bước. Động cơ bước thường là động cơ đồng bộ dùng phổ biến các tín hiệu điều khiển dươí dạng các xung điện áp thành các chuyển động gĩc quay hoặc chuyển động của rotor và cĩ khả năng cố định rotor vào những vị trí cấn thiết. Động cơ bước làm việc được nhờ cĩ bộ chuyển mạch điện tử, để đưa tín hiệu điều khiển vào các cuộn dây stator, theo một thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số gĩc quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rotor, phụ thuộc vào thứ tự chuyển và tần số chuyển đổi. 3.1 Phân loại và cấu tạo Động cơ bước cơ bản được chia làm 3 loại: · Động cơ bước nam châm vĩnh cữu. · Động cơ bước biến trở từ · Động cơ bước lai Động cơ bước nam châm vĩnh cữu cơ bản gồm 3 lọai: · Động cơ bước đơn cực · Động cơ bước lưỡng cực · Động cơ bước nhiều pha 3.2 Động cơ bước nam châm vĩnh cữu 3.2.1 Động cơ bước đơn cực: STEP loại đơn cực bao gồm 2 cuộn dây, mỗi cuộn được nối ra ngồi ở giữa cuộn, vì vậy thơng thường trên thực tế đây là loại động cơ 5 hoặc 6 dây ra, STEP loại này được điều khiển bẳng cách cho đầu dây chung nối lên nguồn và từng đầu dây cịn lại lần lượt được nối mass . Động cơ bước đơn cực có 5 ngõ ra: trong đó có 4 đầu dây coil1÷coil4 dùng để điều khiển còn đầu dây common dùng để nối nguồn cung cấp. Kí hiệu các màu dây theo qui định như hình dưới : Động cơ bước đơn cực có 6 ngõ ra: trong đó có 4 đầu dây coil1÷coil4 dùng để điều khiển, 2 đầu dây còn lại chính là dây common được tách ra làm 2, khi dùng phải nối cả 2 với nguồn cung cấp. Hai dây common này có cùng màu. 3.2.2 Động cơ bước lưỡng cực: Động cơ loại lưỡng cực (Bipolar), thường cĩ 4 đầu ra. Về cấu tạo đơn giản hơn nhưng khĩ cho điều khiển vì phải đảo chiều dịng điện qua cuộn dây a,b. 3.2.3 Động cơ bước nhiều pha: Một loại động cơ bước nam châm vĩnh cửu ít thông dụng hơn đó là động cơ bước có tất cả các cuộn dây được nối tiếp với nhau thành vòng kín và giữa mỗi cặp dây có một điểm giữa gọi là động cơ bước nhiều pha hay đa cực. Kiểu thông dụng nhất là kiểu 3 pha và 5 pha 3.3 Động cơ bước lai: STEP lai là loại kết hộp giữa STEP từ thơng thay đổi và loại nam châm vĩnh cửu. Roto cho động cơ STEP lai cĩ nhiều răng , giống như loại từ thơng thay đổi, chứa lõi từ hĩa trịn đồng tâm xoay quanh trục của nĩ. Răng của rotor tạo đường dẫn giúp định hướng cho từ thơng ưu tiên vào trong lỗ khơng khí. STEP lai được lái giống như STEP đơn cực và lưỡng cực. 3.4 Động cơ biến từ trở: Thơng thường cĩ ba hoặc bốn cuộn dây đấu chung một đầu. Đầu chung được nối với nguồn dương, các đầu cịn lại lần lượt cho thơng với đất để quay rotor. Trên hình vẽ, rotor cĩ 4 răng và stator cĩ 6 cực. Mỗi cuộn dây sẽ được quấn trên hai cực đối nhau. Vì vậy, giả sử, khi cấp điện cho cực 1 (stator), rotor sẽ quay cực gần nhất (X) để răng thẳng với cực 1. Cắt điện cuộn số 1, tiếp tục cấp điện cho cuộn 2, rotor sẽ quay răng tiếp sau (Y) cho thẳng với cực 2. Cứ như vậy điều khiển quay rotor. 3.5 Nguyên lý hoạt động cơ bản của động cơ bước: · Động cơ bước hoạt động dựa trên việc cấp xung ,nĩ khơng cĩ bộ chuyển mạch bên trong nên tất cả mạch đảo phải được điều khiển bên ngồi bằng bộ điều khiển. · Tại mỗi thời điểm sẽ chỉ cĩ một hay hai cuộn dây cĩ điện(tùy vào phương pháp điều khiển là đầy bước hay nửa bước).Khi trạng thái cấp xung thay đổi thì sẽ sinh ra moment xoắn và sẽ làm cho roto quay. · Điều khiển chiều quay động cơ :thay đổi thứ tự cấp xung ,giả sử động cơ đang ở bước thứ 8 ta cấp xung cho bước thứ 7 thì lúc đĩ nĩ sẽ quay ngược lại. · Điều khiển tốc độ:thay đổi độ rộng xung và tần số xung . Trong đĩ : V: vận tốc trung bình của động cơ bước. (vịng/giây) n: số lần dịch bước. t: thời gian động cơ thực hiện n lần dịch bước. (giây) q: gĩc bước của động cơ (độ) f : tần số dịch bước. 3.6 Các phương pháp điều khiển động cơ bước. · Điều khiển đủ bước · Điều khiển nửa bước · Điều khiển vi bước 3.6.1 Điều khiển đủ bước: a. Một pha: Tại mỗi thời điểm chỉ cĩ 1 mấu được cấp điện. b. Hai pha: Tại mỗi thời điểm sẽ cĩ 2 mấu được cấp điện. 3.6.2 Điều khiển nửa bước:  Khi khơng cĩ phần nào của mạch từ bão hịa, thì việc cấp điện đồng thời cho hai mấu động cơ sẽ sinh ra một moment xoắn theo vị trí là tổng của các moment xoắn đối với hai mấu động cơ riêng lẻ. Đối với động cơ hai mấu nam châm vĩnh cửu hoặc hỗn hợp, hai đường cong này sẽ là S radians khác pha, và nếu dịng qua hai mấu bằng nhau, đỉnh của tổng sẽ nằm ở vị trí S/2 radians kể tử đỉnh của đường cong gốc, như ở hình dưới   Đấy là cơ bản của điều khiển nửa bước. Moment xoắn giữ là đỉnh của đường cong moment xoắn kết hợp khi hai mấu cĩ cùng dịng lớn nhất đi qua. Đối với động cơ nam châm vĩnh cửu và hỗn hợp thơng thường, moment xoắn giữ hai mấu sẽ là:  h2 = (2^0.5) h1  Trong đĩ:  h1 – moment xoắn giữ trên một mấu  h2 – moment xoắn giữ hai mấu  Điều này cho thấy rằng khơng cĩ phần nào trong mạch từ bão hồ và moment xoắn theo đường cong vị trí đối với mỗi mấu là hình sin lý tưởng.Hầu hết các bảng hướng dẫn động cơ nam châm vĩnh cửu và biến từ trở đều chỉ ra moment xoắn giữ hai mấu mà khơng cĩ đưa ra moment xoắn giữ trên một mấu. Nếu bất kỳ phần nào trong mạch từ của động cơ bị bão hồ, hai đường cong moment xoắn sẽ khơng thể cộng tuyến tính với nhau. Kết quả là moment tổng hợp cĩ thể khơng nằm chính xác tại vị trí S/2 kể từ vị trí cân bằng ban đầu. 3.6.3 Điều khiển vi bước: Cho phép các bước nhỏ hơn bằng việc dùng các dịng khác nhau qua hai mấu động cơ, như hình vẽ dưới:  Đối với một động cơ hai mấu biến từ trở hoặc nam châm vĩnh cửu, cho rằng các mạch từ khơng bão hồ và các đường cong moment xoắn trên mỗi mấu theo vị trí là một hình sin hồn hảo, cơng thức dưới đây đưa ra những đặc tính chủ chốt của đường cong moment xoắn tổng hợp:  h = ( a2 + b2 )0.5 x = ( S / ( /2) ) arctan( b / a )  Trong đĩ:  a – moment xoắn áp trên mấu với vị trí cân bằng tại 0 radians b – moment xoắn áp trên mấu với vị trí cân bằng tại S radians h – moment xoắn giữ tổng hợp x -  vị trí cân bằng tính theo radians S – gĩc bước, tính theo radians.  Khi khơng cĩ bão hồ, các moment xoắn a và b tỉ lệ với dịng đi qua các mấu tương ứng. Điều này rất thơng dụng khi làm việc với các dịng và moment xoắn bình thường, để moment xoắn giữ mấu đơn hoặc dịng cực đại được chấp nhận trong một mấu động cơ là 1.0. 4. Giới thiệu tổng quan về WINCC 4.1 Tạo một án mới trong WinCC Tạo dự án là bước đầu tiên trươc khi tiến hành thiết kế điều khiển một đối tượng cụ thể. Phần này giới thiệu những đặt tính cơ bản của WinCC ( windows control center ), cung cấp một cách tổng quan về các bước soạn thảo một dự án trong wincc 6.0. Để soạn thảo một dự án ( project ) trong Wincc tiến hành thực hiện theo các bước : Tạo một dự án ( project ) mới trong Wincc. Chọn PLC hoặc DRIVERS từ Tag Management. Tạo các biến nội (Internal ). Tạo hình ảnh từ cửa sổ giao diện Graphics Designer. Thiết lập các thuộc tính của hình ảnh được tạo từ Graphics Designer. Thiết lập mơi trường thời gian thực hiện. Chạy mơ phỏng. 4.1.1 Tạo dự án ( project ) mới. Đầu tiên khởi động chương trình WinCC 6.0 bằng cách: Từ thanh Taskbar, chọn Start > Simatic > WinCC > Windows Control Center 6.0. Hộp thoại WinCC Explorer xuất hiện, trong khung Create a New Project cĩ 3 lựa chọn: Nếu chọn Single-User Project hoặc Multi-User Project phải nhập tên dự án. Để mở một dự án cĩ sẳn chọn Open an Existing Project sau đĩ tim đến tập tin cĩ đuơi “.mcp”. Dự án này được thực hiện trên máy đơn khơng cĩ nối mạng, chọn mục Single-User Project. Sau đĩ, nhấp OK chấp nhận. Hộp thoại Create a new Project xuất hiện, đặt tên cho dự án trong khung Project Name. Trong khung Project Path, chọn ổ đĩa và thư mục để lưu dự án. Tiếp tục nhấp nút Create tạo dự án. Cửa sổ màn hình soạn thảo WinCC Explorer xuất hiện như hình dưới: 4.1.2 Chọn PLC hoặc Drivers từ Tag Management: Để thiết lập kết nối truyền thơng giữa Wincc với thiết bị cấp dưới cần cĩ một mạng liên kết chúng với nhau trong việc trao đổi dữ liệu. Do đĩ, cần chọn một Driver. Driver : Là giao diện liên kết giữa Wincc và PLC Trong cửa sổ soạn thảo, nhấp chuột phải vào mục Tag Management từ trình đơn sổ xuống chọn Add New Driver . Hộp thoại Add New Driver xuất hiện, cho phép chọn mạng kết nối giữa WinCC và PLC . Tuỳ theo từng loại PLC mà ta chọn mạng kết nối cho phù hợp. 4.1.3 Tạo biến: Để tạo kết nối các thiết bị trên một dự án trong WinCC, trước tiên phải tạo các Tags ( biến ) trên WinCC. Biến được tạo dưới Tag Management. Biến gồm cĩ biến nội và biến ngoại: Biến nội ( Internal ): Là biến cĩ sẵn trong WinCC. Những biến nội này là những vùng nhớ trong của WinCC, cĩ chức năng như một PLC thực sự. Biến ngoại ( External ): Là biến quá trình, phản ảnh thơng tin địa chỉ của hệ thống PLC khác nhau. Các Tags cĩ thể được lưu trong bộ nhớ PLC hoặc trên các thiết bị khác. Wincc kết nối với PLC thơng qua các Tags. Tạo những nhĩm biến ( Groups ) thiết bị: khi dự án cĩ một khối lượng lớn dữ liệu với nhiều biến, cĩ thể nhĩm các biến này thành một nhĩm biến thích hợp theo đúng qui cách. Nhĩm biến là những cấu trúc bên dưới sự liên kết PLC, cĩ thể tạo nhiều nhĩm biến và nhiều biến trong mỗi nhĩm biến nếu cần. a. Tạo các biến nội : Các biến nội dễ dàng được tạo và sau đĩ được gán vào một PLC thật. Các biến này cĩ nhiệm vụ xử lý và giám sát quá trình hoạt động cũng như vận hành. Tạo biến nội bằng cách nhấp phải vào Internal Tag, chọn New Tag… Hộp thoại Tag Properties xuất hiện, đặt tên biến và chọn dữ liệu cho phù hợp với mỗi kiểu thiết bị. Ví dụ : Nếu biến là “ động cơ’’ chọn dữ liệu Binary Tag. Nếu biến là “ bồn nước” chọn dữ liệu Unsigned 8-bit Value. Trong hộp thoại Tag Properties , biến cĩ nhiều kiểu dữ liệu khác nhau như: Banary Tag: kiểu nhị phân. Unsigned 8-bit value: kiểu nguyên 8 bit khơng dấu. Signed 8-bit value: kiểu nguyên 8 bit cĩ dấu Unsigned 16-bit value: kiểu nguyên 16 bit khơng dấu. Signed 16-bit value: kiểu nguyên 16 bit cĩ dấu. Unsigned 32-bit value: kiểu nguyên 32 bit khơng dấu. Signed 32-bit value: kiểu nguyên 32 bit cĩ dấu. Floating Point Number 32 bit IEEE 754: kiểu số thực 32 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754. Floating Point Number 64 bit IEEE 754: kiểu số thực 64 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754. Text Tag 8 bit character set: kiểu kí tự 8 bit. Text Tag 16 bit character set: kiểu kí tự 16 bit. Raw Data Type: kiểu dữ liệu thơ. Biến cĩ thể di chuyển từ nhĩm biến này sang nhĩm biến khác bằng cách nhấp phải vào biến cần di chuyển từ menu sổ xuống chọn Cut và gán vào nhĩm biến cần gán. b. Tạo các biến quá trình: Để tạo biến quá trình nhấp phải vào mục PLC1 chọn New Tag. Hộp thoại Tag Properties xuất hiện, cho phép chọn loại dữ liệu và chuyển đổi lại nếu cần. Đặt tên biến mới trong khung Name, chọn kiểu dữ liệu trong khung Datatype bằng cách nhấp mũi tên bên phải sổ xuống, rồi chọn kiểu dữ liệu cần thiết, sau đĩ nhấp Select. Hộp thoại Address Properties xuất hiện như hình trên. Trên hộp thoại này mơ tả kiểu dữ liệu, địa chỉ vào / ra ( Input/ Output ), bit nhớ. Sau khi chọn xong, nhấp OK kết thúc quá trình lựa chọn. 4.1.4 Tạo hình ảnh, thiết lập các thuộc tính: a. Tạo hình ảnh: Để tạo hình ảnh đầu tiên phải mở giao diện đồ họa. Nhấp phải chuột vào Graphics Designer, từ menu sổ xuống chọn New Picture. Xuất hiện một tập tin bên phải của sổ WinCC Explorer cĩ tên “NewPdl0.Pdl”. Nhấp phải vào nĩ chọn Open Picture như hình dưới. Cửa sổ giao diện màn hình thiết kế đồ họa Graphics Designer xuất hiện. Cửa sổ Graphics Designer: tạo giao diện đồ họa, cửa sổ gồm những cơng cụ sau: Color Palette ( bảng màu ): gồm cĩ 16 màu tiêu chuẩn, cĩ thể gán cho màu nền hoặc các đối tượng khác. Object palette ( bảng đối tượng ) bao gồm: + Các đối tượng chuẩn ( Standard Objects ) như : Elip, đa giác ( palyg), hình chữ nhật…. + Các đối tượng thơng minh ( Smart Objects: điều khiển OLE ( OLE Control ), yếu tố OLE ( OLE Element ), trường vào / ra ( I/O Field ). Đối tượng windows (windows objects): gồm nút nhấn ( Button), hộp kiểm tra ( check box ). Dynamic Wizard Palette ( bảng hình động ): để hổ trợ việc tạo các đối tương động. Alignment Paletter (bảng liên kết ): xác định việc thay đổi vị trì của một hoặc nhiều đối tượng , thay đổi vị trí của đối tượng được chọn hoặc hợp nhất chiều cao và chiều rộng của nhiều đối tượng. Zoom Paletter ( bang Zoom ): phĩng to, thu nhỏ cửa sổ màn hình đồ họa theo kích thước chuẩn 8,4,1,1/2, hay ¼. Menu Bar ( thanh trình đơn ):gồm tất cả những lệnh cĩ sẵn trên thanh trình đơn của giao diện thiết kế đồ họa Graphics Designer. Standard Toolbar ( thanh cơng cụ ): bao gồm những biểu tượng hoặc nút nhấn, cho phép thực hiện những lệnh thơng dụng. Layer Bar ( thanh Layer ): bao gồm 16 layer ( Layer 0-Layer 15). Layer 0 là thiết lập mặt định của Graphics Designer. b. Thiết lập các thuộc tính hình ảnh: Để thiết lập các thuộc tính hình ảnh, đầu tiên phải tạo các hình ảnh. Dùng File “ NewPdl0.Pdl” tạo giao diện gồm cĩ: nút nhấn start, stop, động cơ. Những đối tượng này nằm trong thư viện của WinCC. + Tạo nút nhấn: Từ bảng đối tượng Object Palette nhấp dấu “ +” mục Windows Object chọn Button và di chuyển con trỏ ra màn hình đến vị trí cần thiết. Cĩ thể vẽ nút nhấn mong muốn. Khi thả chuột hộp thoại Button Configuration xuất hiện như hình. Ở khung Text đặt tên nút nhấn là Start. Nhấp chọn Font chữ và màu sắc nút nhấn. Sau đĩ nhấp OK hồn tất việc tạo nút nhấn. Tương tự các bước như trên tạo nút nhấn Stop. + Tạo hình ảnh động cơ : Đầu tiên, mở thư viện bằng cách chọn View > Library hoặc nhấp biểu tượng Display Labrary trên thanh cơng cụ. Hộp thoại Library hiển thị. Nhấp đúp mục Global Library xuất hiện bảng sau. Để các hình ảnh hiển thị trong thư viện, trên thanh cơng cụ nhấp chọn biểu tượng Preview. Để các hình ảnh hiển thị lớn hay nhỏ nhấp chọn Large Icons hoặc Small Icons. Để đưa một hình ảnh từ thư viện ra giao diện, chỉ cần nhấp giữ chuột và di chuyển ra giao diện màn hình. Đối với WinCC 6.0 hình ảnh Motor rất đa dạng và phong phú. Cĩ nhiều loại khác nhau với hình ảnh 2 chiều,3 chiều. Trong thư viện hình ảnh Motor cĩ thể lấy ở dịng PlantElement > Motor hoặc Siemens HMI Symbol Library 1.3 > Motor hoặc Symbol > Motor. Nhấp chọn Motor phù hợp và đưa ra giao diện thiết kế. Sắp xếp các hình ảnh ta được giao diện thiết kế như hình dưới. 4.1.5 Tạo thuộc tính cho đối tượng: Để tạo thuộc tính cho nút nhấn Start, bằng cách nhấp phải vào nút nhấn Start chọn Properties như hình : Hộp thoại Object Properties xuất hiện như hình chọn Tab Events > Mouse > Press Left sau đĩ nhấp phải vào dấu mũi tên chọn C-Action hộp thoại Edit Action xuất hiện như hình. Chọn Internal Functions > Tag > Set. Sau đĩ nhấp đúp vào SetTagbit hộp thoại Assigning Parameters xuất hiện như hình. Ta nhấp vào hàng Tag-Name rồi nhấp vào nút vuơng chọn Tag Selection. Hộp thoai Tags- project xuất hiện chọn Start sau đĩ nhấp OK. Trở lại hộp thoại Assigning Parameters nút nhấn Start đã được chọn. ở hàng Value đặt giá trị là 1 ở cột Value. Sau đĩ nhấp OK chấp nhận. Lúc này trên hộp thoại Edit Action xuất hiện Tag Start mang giá trị 1 tiếp theo nhấp đúp vào SetTagBit để liên kết thêm Tag nữa cho nút nhấn Start. Hộp thoại Assigning Parameters xuất hiện, tương tự tại dịng Tag Name, chọn tag Stop và gán giá trị 0 cho tag này. Khi đĩ trong hộp thoại Edit Action xuất hiện thêm Tag Stop và mang giá trị 0, nhấp OK. Bảng thơng báo xuất hiện, chọn Yes đồng ý đổi mã nguồn. Quay trở lại hộp thoại Object Properties dấu mũi tên chuyển sang màu đỏ chứng tỏ kết nối đã thành cơng. Tiến hành tạo thuộc tính cho nút nhấn Stop tương tự như nút nhấn Start. Nhưng các giá trị sẽ ngược với nút nhấn Start. Ở nút nhấn Stop, thì khi gán tag Stop nĩ sẽ mang giá trị 1 và tag Start mang giá trị 0. Để tạo thuộc tính cho động cơ, ta nhấp phải vào động cơ chọn Properties. Hộp thoại Object Properties xuất hiện, chọn thuộc tính Control Properties. Trong khung bên phải chọn mục BlinkMode, sau đĩ nhấp phải vào biểu tượng bĩng đèn, chọn Dynamic Dialog… Hộp thoại Dynamic Value Ranges xuất hiện, nhấp vào nút vuơng ở khung Expression/Formula chọn Tag. Cửa sổ Tags-project xuất hiện, nhấp đúp chọn Tag động cơ. Trở lại hộp thoại Dynamic Value Ranges, nhấp tùy chọn Boolean. Sau đĩ nhấp đúp vào No Flashing cùng hàng Yes/True, rồi chọn Apply. 4.1.6 Chạy ứng dụng : Để xem ứng dụng đã thiết kế chạy như thế nào, nhấp chọn nút Runtime trên thanh cơng cụ của Graphics Designer hoặc nút Activate trên cửa sổ WinCCExplorer: Sau vài giây sẽ thấy hình ảnh như hình: Chạy mơ phỏng ứng dụng hoạt cảnh: Nếu khơng cĩ một PLC để kết nối vận hành, cĩ thể dùng Simulator để chạy mơ phỏng nội dung thiết kế. Simulator hiển thị những hoạt động của hình ảnh trong thời gian thực thi file ảnh đĩ. Khởi động Simulator từ thanh Taskbar, nhấp chọn Start > Simatic > WinCC > Tools > WinCC Tag Simulator. Hộp thoại Simulator xuất hiện như hình : Nhấp chọn Edit > New Tag hiển thị biến. Hộp thoại Tags-project…xuất hiện. Trên hộp thoại, chọn biến để hiển thị. Ví dụ : chọn biến động cơ . Tiếp tục nhấp chọn Tab Inc. Trong khung Start Value, đặt giá trị bắt đầu hiển thị là 0. Trong khung Stop Value, đặt giá trị kết thúc một chu trình hoạt động là 100. Đánh dấu kiểm ở mục Active như hình: Sau đĩ, nhấp chọn tab List Of Tags. 4.2 Chức năng Tag Logging : Tag Logging cĩ các chức năng cho phép lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi, chuẩn bị để hiển thị và lưu trữ các dữ liệu đĩ. Dữ liệu cĩ thể cung cấp các tiêu chuẩn về cơng nghệ và kỹ thuật quan trọng liên quan đến trạng thái hoạt động của hệ thống. 4.2.1 Nhiệm vụ Tag Logging: Tag Logging chia làm 2 phần: Hệ thống cấu hình ( Tag Logging CS ). Hệ thống Run- Time ( Tag Logging RT ). a. Nhiệm vụ của Tag Logging CS: Cĩ thể gán tất cả các đặt tính cần thiết để lưu trữ và hiển thị cho dữ liệu bằng Tag Logging CS. Các đặt tính này phải được tạo và chuẩn bị trước khi hệ thống Run-Time khởi động. Tag Logging CS của WinCC cung cấp một giao diện đặc biệt cho mục đích này. b. Nhiệm vụ của Tag Logging RT: Hệ thống Tag Logging RT nhận các giá trị dữ liệu và liên kết chúng với các đặt tính đã ấn định. Các dữ liệu định hình theo kiểu này, được thực hiện trước để hiển thị và lưu trữ. Tag Logging được thực hiện cho các mục đích sau: Tối ưu hĩa hệ thống. Cung cấp các thủ tục vận hành rõ ràng, dể hiểu. Tăng năng suất. Tăng chất lượng sản phẩm. Tối ưu hĩa chu kỳ lập lại ( delay ). Cung cấp tài liệu. c. Cấu trúc của Tag Logging CS : Tag Logging CS cĩ các phần chính sau : Timers : tạo các chu kỳ thu thập và lưu trữ. Archives : tạo các vùng lưu trữ và các tags. Trend Window Templates : hiển thị giá trị đo lường bằng đường cong. Table Window Templates : hiển thị giá trị đo lường theo dạng bảng. + Timers : Tag Logging phân biệt 2 hệ thống thời gian khác nhau : Thời gian thu thập và thời gian lưu trữ. Thời gian thu thập : khoảng thời gian mà các giá trị trong đĩ được sao chép từ ảnh quá trình của quản lý dữ liệu bởi Tag Logging. Thời gian lưu trữ : khoảng thời gian mà dữ liệu trong đĩ được nạp vào vùng lưu trữ. Thời gian lưu trữ luơn là một số nguyên gồm nhiều khoảng thời gian thu thập. giá trị mới nhất được nạp vào vùng lưu trữ. Thời gian nén : được sử dụng để tạo khoảng thời gian giới hạn trong đĩ dữ liệu được nén. + Lưu trữ ( Archives ) : cĩ thể lưu trữ bằng một trong 3 cách : Lưu trữ giá trị quá trình: Nhận nội dung của các Tags quản lý dữ liệu. Lưu trữ nén: Nén dữ liệu và liên kết các giá trị rất hiệu quả. Bằng cách này, các giá trị đo lường được bổ túc trực tiếp và ghi nhận ngay lập tức. Lưu trữ nén cho phép lưu trữ trong thời gian dài cho tất cả các kiểu Tags khác trong Tag Logging. Lưu trữ theo người dùng : Một số biến người dùng ( Tags User-Defined) được nạp vào vùng lưu trữ cho người sử dụng. Vùng này dùng để thu thập dữ liệu quan trọng, ấn định tham số sản xuất, điều khiển dữ liệu liệt kê. Giao tiếp giữa PLC và WinCC được thực hiện bởi các dạng thơng báo tuân thủ theo các quy ước đặt biệt về cấu trúc. + Trends: Cĩ thể vẽ đồ thị các đường cong từ giá trị thu được trong quá trình. với chức năng này WinCC cĩ thể theo dõi sự thay đổi các giá trị đo lường theo thời gian một cách tổng quát và rõ ràng. Cĩ thể vẽ được nhiều đường cong trên cùng đồ thị, bằng cách chọn nhiều biến tương ứng với các thơng số cần hiển thị. + Tables : Table cũng cĩ chức năng giống như Trend, nhưng khơng hiển thị các thơng số bằng đường cong mà bằng giá trị cụ thể tại một thời điểm cụ thể. Với tính năng này của Table, khi cần thiết cĩ thể hiệu chỉnh các thơng số đầu vào để đạt được các giá trị ngõ ra tối ưu như mong muốn. 4.2.2 Hiển thị các giá trị xử lý : Quá trình hiển thị các giá trị xử lý được thực hiện theo các bước sau : Mở một Tag Logging mới. Định dạng Timer. Tạo một lưu trữ sử dụng Archiving Wizard. Tạo một Trend Window trong Graphic Desgner. Chèn một Trend Window vào trong hình. Chèn một Table Window vào trong hình. Thiết lập thơng số hoạt động. Thực thi hình ảnh trong thời gian thi hành. 4.3 Chức năng Alarm Logging : Alarm Logging đảm bảo phụ trách các thơng báo nhận được và lưu trữ, chứa các chức năng nhận thơng báo từ các quá trình, để chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng. Với đặt tính này, Alarm Logging giúp người dùng tìm ra nguyên nhân của lỗi trong hệ thống trong khi vận hành. Hệ thống Alarm Logging cĩ các đặt tính sau : Cung cấp các thơng tin về lỗi và trạng thái hoạt động tồn diện. Cho phép sớm nhận ra các tình trạng nguy cấp. Tránh và giảm thiểu thời báo. Chất lượng sản phẩm ngày càng tăng. Cung cấp tài liệu Alarm Logging bao gồm 2 thành phần hệ thống : Hệ thống cấu hình ( Alarm Logging CS ). Hệ thống Run- Time ( Alarm Logging RT ). 4.3.1 Nhiệm vụ của Alarm Logging CS : Sử dụng Alarm Logging CS đặt cấu hình cho hệ thống thơng báo để chúng được hiển thị theo cách ta muốn. Cĩ thể thực hiện điều này trước khi hệ thống Run-Time khởi động. hệ thống cấu hình Alarm Logging của WinCC cung cấp một giao diện đặc biệt tạo lập sẵn. 4.3.2 Nhiệm vụ của Alarm Logging RT : Alarm Logging RT cĩ nhiệm vụ thu thập các thơng báo và hồi đáp, chuẩn bị các thơng báo để hiển thị và lưu trữ. 4.3.3 Khái quát về Alarm Logging : a. Thơng báo : Các thơng báo xuất từ các biến cố và được hiển thị bởi Alarm Logging theo trình tự thời gian. Hệ thống phân biệt giữa các kiểu sự cố sau : Binary Events: thay đổi trạng thái trong các Tags ( tag nội và tag ngoại). Các dạng thơng báo: chứa các mục và chức năng như: quá trình, theo dõi hệ thống điều khiển, các ứng dụng. Theo dõi các sự cố : hệ thống Alarm Logging chưa hổ trợ việc theo dõi các sự cố. Tuy nhiên , vẫn cĩ thể liệt kê các sự cố như: Tràn bộ phận lưu trữ, thơng báo về tình trạng máy in, lỗi do Server, sự cố trong quá trình truyền thơng quá trình,thơng báo nhĩm, điều khiển quá trình và lưu trữ. b Thủ tục thơng báo : WinCC hổ trợ 2 thủ tục thơng báo gồm: Thủ tục thơng báo bit và thơng báo đúng trình tự thời gian. Thủ tục thơng báo bit : Thủ tục phổ biến cho phép nhận các thơng báo từ PLC. Alarm Logging sẽ thu thập các giá trị thực sự từ việc quản lý biến ( tag ) của quản lý dữ liệu. Alarm Logging sẽ gán ngày, giờ trong thủ tục này. Thơng báo đúng trình tự thời gian : Thủ tục này giả sử rằng chính các PLC tạo ra thơng báo sự cố,tự ấn định ngày / giờ và các giá trị quá trình. Tất cả các thơng báo của PLC được nhĩm lại bởi một dạng thơng báo tạo sẵn cho tồn bộ dự án. Cấu trúc một thơng báo : Một thơng báo chứa các thơng tinh hệ thống và các tham số khác, được hiển thị theo hình thức các cột. Nếu các cột này chứa các tên đồng nhất, các giá trị và các khối giống nhau, được gọi là các khối thơng báo. Tổ chức các thơng báo : WinCC cung cấp 16 lớp thơng báo với 16 kiểu thơng báo. Cĩ thể đặt cấu hình cho các lớp thơng báo. Mỗi một thơng báo được gán với một kiểu thơng báo. Các kiểu thơng báo cũng được nhĩm trong các lớp thơng báo. Hiển thị các thơng báo trong chế độ Run-Time : + Báo cáo thơng báo : Một hình thức khác của việc chuyển thơng báo là hiển thị bằng báo cáo. Hệ thống phân biệt giữa các kiểu sau : - Báo cáo thơng báo theo trình tự : Cung cấp liên tục các thủ tục về thơng báo. - Báo cáo lưu trữ : Chứa các thơng tin vào nơi lưu trữ. + Thơng báo đơn và theo nhĩm : Nếu các thơng báo được định hình riêng biệt ( thơng báo đơn ) nhĩm lại với nhau, được gọi là thơng báo theo nhĩm. Một thơng báo theo nhĩm cĩ thể được tạo cho mỗi lớp và kiểu thơng báo. Ngồi ra , cĩ thể kết hợp các thơng báo theo nhĩm. Nếu một thơng báo theo nhĩm được hiển thị, nghĩa là cĩ ít nhất một thơng báo đơn được thực thi. Khơng thể nhận ra các thơng báo đơn trong kiểu hiển thị này. + Khĩa và cho phép thơng báo : Các thơng báo cá biệt, các lớp và kiểu thơng báo cĩ thể ẩn và hiện lại trong việc thu thập ở chế độ Run Time. + Lưu trữ trong thời gian ngắn : cĩ thể lưu trữ trong thời gian ngắn đến 10000 thơng báo trong danh sách các thơng báo. + Lưu trữ tuần tự : Tồn bộ đĩa cứng cĩ thể được sử dụng. Cĩ thể dùng các vùng lưu trữ như : Lưu trữ trong thời gian ngắn và lưu trữ liên tục trên đĩa cứng. 4.4 Thiết lập thơng báo: Để thiết lập một hệ thống thơng báo hồn chỉnh cho Alarm Logging cần tiến hành theo các bước sau : Mở Alarm Logging. Khởi động Message Wizard. Định dạng khối bản tin. Sửa đổi cửa sổ bản tin. Định cấu hình soạn thảo bản tin. Đặt lớp màu cho bản tin. Giám sát giá trị. Chèn cửa sổ bản tin vào trong bức ảnh. Đặt thơng số hoạt động và chạy ứng dụng. CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC 1. Mạch điều khiển động cơ bước đơn sáu dây: 1.1 Sơ đồ nguyên lý · Mạch kích động cơ: · Sơ đồ mạch in 1.2 Nguyên lý hoạt động 1.2.1 IC L298 a. Tác dụng các chân PIN NAME FUNCTION 1;15 Sense A,Sense B Giữa mỗi chân này với đất cĩ thể nối 1 điện trở để điều khiển dịng qua tải. 2,3 Out1;out2 Là 2 ngõ ra của cầu A,dịng qua tải kết nối giữa 2 chân này sẽ được giám sát bởi chân số 1. 4 Vcc1 Nguồn cung cấp cho tải,1 tụ điện 100nF phải được kết nối giữa chân này với mass 5;7 Input1;input2 Ngõ vào của cầu A tương thích mức TTL 8 GND ground 9 Vcc2 Nguồn cung cấp logic,1 tụ điện 100nF phải được kết nối giữa chân này với mass. 10;12 Input3;input4 Ngõ vào cầu B tương thích mức TTL 13;14 Out3;out4 Ngõ ra của cầu B,dịng qua tải kết nối giữa 2 chân này sẽ được giám sát bởi chân số 15 b. Các thơng số làm việc max c. Đặc tính điện L298 cĩ thể làm việc với nguồn cơng suất(Vcc1) lên đến 50V,và nguồn logic(Vcc2) đến 7V,dịng tải tối đa cho mỗi kênh là 2A,và cĩ thể lên đến 4A nếu đấu song song 2 kênh lại với nhau. 1.2.2 IC ULN 2803 a. Tác dụng của các chân IC Chân 1 đến 8 Ngõ vào Chân 18 đến 11 Ngõ ra Chân 9 Ground Chân 10 Chân chung và được nối lên nguồn dương + Thơng số làm việc lớn nhất: + Đặc tính điện: 1.2.3 OPTO 4n35: a. Thơng số làm việc b. Đặc tính điện CTR(current transfer ratio)=(Ic/If)*100% c. Kiểm tra dịng điện d. Dạng sĩng e. Thời gian chuyển mạch ở chế độ ON f. Thời gian chuyển mạch ở chế độ OFF g. Đặc tính V-A ngõ vào h. Đặc tính A-A 1.3 Hoạt động của mạch · Tín hiệu điều khiền từ PLC được đưa đến khối điều khiển cơng suất thơng qua bộ cách ly quang.Bộ cách ly gồm opto 4n35 và uln 2803;tín hiệu ngõ ra opto bị đảo nên cần bộ đệm đảo uln 2803 đề tín hiệu sau bộ cách ly khơng bị đảo so với tín hiệu vào. · Khối cơng suất là 2 IC L298,mỗi IC gồm 2 mạch cầu H ,cĩ 4 kênh được ghép nối lại thành 2 kênh để cĩ thể chịu được dịng tối đa 4A;2 IC sẽ được 4 kênh điều khiền 4 pha của động cơ.Đầu dây chung của động cơ được nối xuống mass. · Các diode D1 đến D4 loại 1N4448 cĩ nhiệm vụ bảo vệ cho các transistor cơng suất của mạch cầu H bên trong IC L298 . · Các chế độ điều khiển động cơ: 1.3.1 Điều khiển nửa bước STEP 4 3 2 1 B1 0 0 0 1 B2 0 0 1 1 B3 0 0 1 0 B4 0 1 1 0 B5 0 1 0 0 B6 1 1 0 0 B7 1 0 0 0 B8 1 0 0 1 a. Giản đồ xung 1.3.2 Điều khiển đầy bước 1 pha STEP 4 3 2 1 B1 0 0 0 1 B2 0 0 1 0 B3 0 1 0 0 B4 1 0 0 0 b. Giản đồ xung 2. Sơ đồ kết nối PLC 2.1 Sơ đồ kết nối mạch điều khiển 2.2 Khai báo thiết bị ngõ vào ra Tên biến Chức năng I0.0 Nút nhấn Start khởi động hệ thống. I0.1 Nút nhấn Stop dừng hệ thống. I0.2 Nút nhấn Reset bộ đếm Q0.0 Chế độ tự giữ hệ thống Q0.1 Điều khiển 1 của động cơ bước Q0.2 Điều khiển 2 của động cơ bước Q0.3 Đều khiển 3 của động cơ bước Q0.4 Điều khiển 4 của động cơ bước Q0.5 Điều khiển động cơ cắt giấy 2.3 Chương trình PLC Sau khi thiết kế mạch điều khiển xong, ta kiểm tra lỗi ( plc > compile khi đĩ gĩc trái ở phía dưới màn hình cĩ chữ 0 errors là được), rồi lưu lại với tên DONGCOBUOC, tiếp theo tiến hành mơ phỏng để kiểm tra hoạt động của mạch. Trước tiên ta cần chọn loại CPU mà ta cần kết nối để mơ phỏng : từ bên trái của cửa sổ thiết kế nhấp phải vào tên DONGCOBUOC mà ta vừa lưu chọn Type > PLC Type > CPU 226CN > ok. Sau đĩ nhấp vào biểu tượng Download để nạp chương trình cho plc Kiểm tra hoạt động trên plc nếu thỏa yêu cầu là đạt, đến đây đã hồn thành cơng việc với STEP 7-Micro/Win 32. 3. Tạo kết nối trên S7-200 PC Access Khởi động s7-200 pc access, trên thanh Taskbar chọn start > simatic > S7-200 PC Access v1.0.0.56 > S7-200 PC Access, cửa sổ Unitiled xuất hiện, nhấp phải vào MicroWin chọn New PLC Xuất hiện hộp hội thoại, ở mục Name nhập vào s7-200 rồi chọn ok Sau đĩ nhấp phải vào s7-200 chọn New > item Hộp thoại item xuất hiện, ở mục Name nhập vào start,ở mục Address nhập vào M0.0 rồi chọn ok Tương tự ta tạo các item khác dựa vào chương trình PCL mà ta đã thiết kế ở Step 7- Micro/win ta được kết quả như sau : Sau đĩ lưu lại với tên DONGCOBUOC (nhớ lưu trùng với tên đã lưu trên Step 7- Micro/win), tiếp theo chọn các item đã tạo rồi kéo thả xuống vùng Test Client như hình bên dưới : Sau đĩ chọn status trên thanh cơng cụ > chọn start test client, nếu thấy ở cột Quality chuyển từ Bad sang Good là đạt 4. Mơ hình giám sát trên WinCC 6.0 Khởi động chương trình WinCC, chọn start > SIMATIC > WINCC > Window Control Center 6.0. Trên thanh trình đơn, chọn File > New để tạo dự án mới. Hộp thoại WinCC Explorer xuất hiện, nhấp tùy chọn mục Single – User Project rồi nhấp ok. Bảng Create a new project xuất hiện, nhập tên SCADA vào mục project name. sau đĩ nhấp vào dấu mũi tên khung Drive chọn D đường dẫn để lưu, nhấp Create để tạo dự án. Lúc này khung bên trái cửa sổ vWinCC Explore xuất hiện dự án MOHINHCATGIAY. Sau đĩ nhấp phải vào mục Tag Management chọn Add New Driver. Lúc này trong mục Tag Management xuất hiện drive OPC, nhấp đúp vào nĩ để hiện cổng kết nối . sau đĩ nhấp phải vào cổng OPC Groups chọn New Driver Connection. Cửa sổ Connection properties xuất hiện. Nhập tên S7-200 vào khung Name rồi chọn properties. Cửa sổ Newconnection properties xuất hiện, nhập S7200.OPCSERVER vào mục OPC Server Name, rồi nhấp vào nút Test Server, nếu xuất hiện 1 khung nhỏ hiện chữ Test ok chọn ok > ok > ok để kết thúc việc kết nối. Lúc này trong mục OPC Groups xuất hiện S7-200, nhấp phải vào nĩ chọn New Group…để tạo nhĩm Tag cho chương trình . Hộp thoại Properties of tag group xuất hiện, nhập tên CATGIAY vào mục Name. Nhấp ok để chấp nhận. Tiếp theo nhấp phải vào nhĩm Tag vừa tạo, chọn New tag để tạo Tag cho chương trình . Cửa sổ Tag properties xuất hiện, nhập tên Tag là START vào khung Name, chọn kiểu dữ liệu Binary Tag trong mục Data type rồi nhấp Select. Cửa sổ Newtag properties xuất hiện, nhập vào mục item Name tên Microwin.S7-200.START (nhớ nhập trùng tên với mục Item I D trong S7- 200 PC Access), ở mục Access Path nhập M0.0, ở mục Data type chọn Boolean value thơng thường ở mục này hiển thị mặc định, nhấp ok > ok kết thúc việc tạo tag START. Cửa sổ Tag properties xuất hiện, nhập tên Tag là STOP vào khung Name, chọn kiểu dữ liệu Binary Tag trong mục Data type rồi nhấp Select. Cửa sổ Newtag properties xuất hiện, nhập vào mục item Name tên Microwin.S7-200.STOP, ở mục Access Path nhập M0.4, ở mục Data type chọn Boolean value thơng thường ở mục này hiển thị mặc định, nhấp ok > ok kết thúc việc tạo tag STOP. Tương tự tạo các Tag cịn lại, sau khi tạo xong ta được danh sách bảng tag như hình dưới : 5. Thực nghiệm mơ hình: 5.1 Nhiệm vụ Nhiệm vụ đặt ra là thiết kế được một mơ hình hồn chỉnh cĩ thể cắt giấy tự động hồn tồn theo yêu cầu . Do vậy ta cần: · Thiết kế bộ khung của máy đủ vững chắc để gắn động cơ và bộ phận khác. · Tìm một cơ cấu dao hợp lý, hiệu quả cho việc cắt giấy. · Hệ thống rulơ phải chính xác . · Động cơ bước và động cơ DC phải phù hợp với mơ hình về kích thước, về lực kéo. · Thiết kế bo mạch cho máy. 5.1.1 Mơ hình cắt giấy thực tế a. Dao cắt giấy Hình: Dao cắt giấy Dao cắt giấy trên mơ hình được tạo nên từ sự kết hợp giữa một động cơ DC 24V và một phần của dao cắt giấy được thiết kế lại cho phù hợp với mơ hình của đề tài. Động cơ DC truyền động cho dao cắt thong qua một đĩa trịn và một thanh dẫn thẳng, ứng với mỗi vịng quay của động cơ dao sẽ thực hiện một lần cắt giấy. Hình: Thanh dẫn và đĩa trịn Để trợ giúp cho việc cắt và hoạt động của máy, trên dao cắt cĩ gắn thêm một thanh chặn để giữ giấy khơng bị trượt lúc cắt và giấy khơng dính theo dao trong hành trình đi lên của dao cắt. Hình: thanh chặn giấy b. Cơ cấu cuốn giấy Cơ cấu cuốn giấy trong mơ hình được thiết kế theo cơ cấu cuốn giấy trong máy in, nĩ bao gồm hai phần: một rulơ cuốn chính và hai miếng chặn cĩ trục xoay tì lên rulơ cuốn. Ưu điểm của cơ cấu này là gọn nhẹ và hiệu quả. Điều khiển rulơ là một động cơ bước đơn cực 1.8 độ/bước, 2 pha, 6 dây . Động cơ bước truyền cho rulơ thơng qua bánh răng truyền và đai truyền như hình vẽ dưới đây. Hình: bánh răng và đai truyền 5.2 Xây dựng mơ hình giám sát trên WinCC Trong cửa sổ WinCCExplorer, nhấp phải vào mục Graphics Designer chọn New picture. Trong khung bên phải xuất hiện file ảnh NewPdl0.Pdl, nhấp phải vào file này chọn Rename picture để đổi tên. Bảng New Name xuất hiện, nhập tên DCCATGIAY vào khung trống, rồi nhấp ok. Sau đĩ nhấp phải vào file vừa đổi tên, chọn Open picture mở giao diện thiết kế. Cửa sổ Graphics Designer – [DCCATGIAY.pdl ] xuất hiện. Trên thanh thuộc tính, nhấp vào biểu tượng Grid On/Off để tắt lưới cho vùng thiết kế . Để lấy mơ hình các linh kiện, trên thanh trình đơn chọn View > Library. Cửa sổ Library xuất hiện . Đây là nơi chứa tất cả các mơ hình linh kiện, máy mĩc, thiết bị … của WINCC mà ta lấy. Nhấp đúp vào Global Library mở ra các thư mục chứa thiết bị. Để quan sát các thiết bị chọn biểu tượng mắt kính (preview) và Giant Icons. Để lấy băng tải, chọn Siemens HMI Symbol Library 1.3 > 3-D ISA Symbols > 3-D Conveyor. Để lấy động cơ kéo băng tải, chọn PlantElements > Motors > B5. Để lấy led hiển thị, chọn Displays > Displays > Digital Output. Để tạo nút nhấn, nhấp vào dấu cộng ở mục Windows Objects trong khung Object Palette, rồi chọn Button. Sau đĩ đưa trỏ sang khung vẽ, nhấp vào khoảng trống rồi kéo rê tạo nút nhấn hình vuơng Hộp thoại Button Configuration xuất hiện, trong khung Text nhập tên nút nhấn START, cĩ thể tạo thêm thuộc tính màu và font cho chữ, rồi nhấp ok chấp nhận . Sau khi lấy xong các thiết bị, sắp xếp thành mơ hình như hình dưới : 5.3 Thiết lập thuộc tính đối tượng 5.3.1 Thiết lập thuộc tính cho động cơ kéo băng tải Nhấp phải vào động cơ , chọn Properties, hộp thoại Object Properties xuất hiện, chọn thuộc tính nhấp nháy Flashing. Trong khung bên phải nhấp đúp vào mục Flashing Background Active để chuyển No thành Yes, sau đĩ nhấp phải vào biểu tượng bĩng đèn, chọn Tag. Cửa sổ Tag – Project xuất hiện, nhấp đúp chọn đường dẫn OPC > OPC Groups > S7-200 > CATGIAY > DCCATGIAY, nhấp ok chấp nhận. Trở lại hộp thoại Object Properties, biểu tượng bĩng đèn đã chuyển sang màu xanh chứng tỏ việc kết nối Tag đã thành cơng, nhấp phải vào 2s rồi chọn Upon change. Tương tự cho DCBUOC1, DCBUOC2, DCBUOC3 và DCBUOC4 5.3.2. Thiết lặp thuộc tính cho băng tải : Nhấp phải vào băng tải , chọn properties, hộp thoại Object Properties xuất hiện, chọn tab Properties > control properties, nhấp phải vào Blink Mode chọn Dynamic Dialog. Hộp thoại Dynamic value ranges xuất hiện, nhấp vào nút vuơng ở khung Expression/ Formula chọn Tag. Hộp thoại Dynamic value ranges xuất hiện, nhấp vào nút vuơng ở khung Expression/ Formula chọn Tag. Cửa sổ Tag – project xuất hiện, nhấp đúp chọn tag DCBANGTAI. Trở lại hộp thoại Dynamic value ranges, nhấp chọn mục Boolean , sau đĩ nhấp đúp vào No Fashing cùng hàng Yes/TRUE chọn Shaded-2, rồi chọn Apply . 5.3.4. Thiết lập thuộc tính cho led hiển thị Nhấp phải vào led HIENTHI, chọn Properties, hộp thoại Object Properties xuất hiện. Chọn Properties > Output/input, ở khung bên pải hộp thoại nhấp đúp vào biểu tượng bĩng đèn cùng dịng Output Value, chọn tag. Hộp thoại Tag – project xuất hiện, nhấp đúp chọn tag HIENTHI Trở lại hộp thoại Object Properties, tại dịng Output value hiển thị tag vừa chọn. sau đĩ nhấp vào 2s, chọn Upon change 5.3.5. Thiết lập thuộc tính cho nút nhấn start và stop: Nhấp phải vào nút nhấn START chọn properties, hộp thoại Object properties xuất hiện, chọn tab Events > Mouse. trong khung bên phải nhấp phải vào biểu tượng ở hàng Press left chọn C- Action Hộp thoại Edit Action xuất hiện, chọn đường dẫn Internal Function > tag > set, rồi nhấp đúp vào SetTagBit. Hộp thoại Assigning Parameters xuất hiện, chọn hàng Tag_Name, rồi nhấp vào nút ơ vuơng chọn Tag selection. Cửa sổ Tag – project xuất hiện, chọn tag START rồi nhấp Ok để chọn . Trở lại hộp thoại Assigning Parameters, nhập giá trị 1 cho hàng value ở cột value, sau đĩ nhấp ok. Lúc này trên hộp thoại Edit Action xuất hiện tag START mang giá trị 1, tiếp theo nhấp đúp vào SetTagBit để liên kết thêm tag nữa cho nút nhấn START Hộp thoại Assigning Parameters xuất hiện, ở dịng Tag _Name chọn tag STOP và gán giá trị 0 cho tag này rồi nhấp ok. Khi đĩ trong hộp thoại Edit Action xuất hiện thêm tag STOP mang giá trị 0 nhấp ok, bảng thơng báo hiện ra, chọn Yes đồng ý đổi mã nguồn > nhấn ok. biểu tượng chuyển thành màu xanh .Sau khi kết nối xong Để thiết lập thuộc tính cho nút nhấn STOP, làm tương tự như nút START, nhưng các giá trị sẽ ngược với nút nhấn START. Ở nút nhấn STOP, thì gán tag STOP mang giá trị 1 và tag START mang giá trị 0. 5.4 Chạy mơ phỏng Sau khi thiết lập xong thuộc tính cho các đối tượng trên mơ hình, trở lại giao diện Graphic Designer. Trên thanh thuộc tính chọn biểu tượng Runtime để tiến hành mơ phỏng và giám sát. Màn hình mơ phỏng Runtime xuất hiện, ta tiến hành mơ phỏng và giám trên màn hình này. CHƯƠNG 4:KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 1. Kết luận Qua luận văn này, giúp em cĩ thêm được nhiều kiến thức bổ ích về thực tế và bổ sung thêm những kiến thức đã học ở nhà trường. Với đề tài này em đã làm được: · Dùng S7-200 để điều khiển động cơ bước. · Kết nối được PLC S7-200 với WinCC thơng qua phần mềm S7-200 PC Access. · Thiết kế được chương trình điều khiển và giám sát trên mơ hình thực tế thơng qua máy tính PC. 2. Hướng phát triển đề tài Ứng dụng của PLC trong thực tế là rất lớn em tin tưởng rằng trong tương lai lĩnh vực này ngày càng phát triển hơn nữa. Những phần mềm lập trình giám sát kết hợp với PLC để điều khiển các quá trình cơng nghệ sẽ phát triển ngày càng rộng rãi trong thực tế. Do yêu cầu của đề tài này sử dụng PLC S7-200 kết nối với WinCC, nhưng trong thực tế đã phát triển những phần mềm lập trình cao hơn như: S7-300, S7-400…Vì vậy nếu cĩ điều kiện em sẽ phát triển đề tài này dùng PLC S7-300 để kết nối trực tiếp với WinCC mà khơng cần thơng qua phần mềm S7-200 PC Access. Do cịn hạn chế về kinh nghiệm thực tế, tài liệu tham khảo, thời gian thực hiện, nên tập luận văn khơng thể tránh khỏi những thiếu sĩt, rất mong quí thầy cơ gĩp ý để bài luận văn được hồn thiện hơn. Nếu các bạn sinh viên khĩa sau cĩ làm đề tài này thì phát triển tốt hơn như: Thiết kế giao diện hình ảnh thật hơn, hoạt động giống mơ hình thật. Dùng PLC để điều khiển tốc độ động cơ bước như mong muốn….