Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát trên nền WinCC sử dụng mạng profibus

Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 1.1 Trạm phân phối gia công 1.1.1 Tìm hiểu quy trình cơng nghệ trạm phân phối gia cơng 1.1.2 Kết cấu thiết bị bao gồm: 1.2 Trạm kiểm tra sản phẩm 1.2.1 Tìm hiểu quy trình cơng nghệ trạm kiểm tra sản phẩm 1.2.2 Kết cấu thiết bị bao gồm: 1.3 Trạm xử lý gia công phôi 1.3.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm xử lý gia công phôi 1.3.2 Kết cấu thiết bị bao gồm : 1.4 Trạm Rôbôt bậc tự Scara 10 1.4.1 Tìm hiểu quy trình cơng nghệ trạm Robot bậc tự 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 cơng 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 cơng nghệ trạm lƣu kho sản phẩm 13 1.7.2 Kết cấu thiết bị bao gồm: 13 1.8 Trạm điều khiển giám sát trung tâm 14 Đồ án tốt nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 1.8.1 Tìm hiểu quy trình cơng nghệ trạm điều khiển 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 trạm qua mạng PROFIBUS-DP 15 1.8.4 Màn hình giao tiếp Ngƣời – Máy TP 177A 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 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 bậc tự 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 : 94 THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM WINCC V7.0 94 4.1 Khởi tạo Project cấu hình WinCC 94 4.2 Kết nối biến PLC WinCC 97 4.2.1 Kết nối biến PLC S7 300 với WinCC 97 4.2.2 Kết nối biến PLC S7 200 với WinCC 100 4.2.3 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát cho WinCC 103 KẾT LUẬN 109 Đồ án tốt nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 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 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 module mở rộng vào/ra số EM 223 147 1.5 Một số thiết bị điều khiển khác dây chuyền 148 PHỤ LỤC 2: 151 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CƠNG 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 Đồ án tốt nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 LỜI NÓI ĐẦU Trong sản xuất đại việc thành lập hệ thống sản xuất linh hoạt đóng vai trị quan trọng Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) cho phép tự động hóa mức độ cao sản xuất hàng loại nhỏ hàng loại vừa sở sử dụng máy CNC, Rôbốt công nghiệp để điều khiển đối tƣợng lao động, đồ gá dụng cụ, hệ thống vận chuyển, tích trữ phơi với mục đích tối ƣu hóa q trình cơng nghệ q trình sản xuất Đặc điểm FMS khả điều chỉnh nhanh thiết bị để chế tạo sản phẩm Nhƣ vậy, thích hợp khơng cho sản xuất hàng khối, hàng loại lớn mà cho sản xuất hàng loại vừa hàng loại nhỏ, chí sản xuất đơn Tuy nhiên phân tích FMS điều kiện sản xuất đơn cho thấy không ăn khớp suất FMS phƣơng pháp chuẩn bị sản xuất tay Cũng việc sữ dụng không đồng hệ thống tự động hóa mà q trình chuẩn bị sản xuất kéo dài Sự nối kết hệ thống tự động riêng lẻ thành hệ thống với trợ giúp mạng máy tính nội cho phép tăng suất lao động nhà thiết kế, nhà công nghệ nhà tổ chức sản xuất nâng cáo suất chất lƣợng sản phẩm Các hệ thống sản xuất nhƣ đƣợc gọi hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp máy tính Hiện nƣớc ta nghiên cứu FMS đƣợc bắt đầu tài liệu lĩnh vực tiếng Việt hầu nhƣ chƣa có Các hệ thống FMS mơ hình đƣợc trang bị số trƣờng ĐH Trong tƣơng lai hệ thống tiếp tục đƣợc đầu tƣ nhiều sở đào tạo khác nƣớc Song song với sở đại việc cần có giáo trình giảng dạy Bằng vốn kiến thức hiểu biết đƣợc hƣớng dẫn tần tình thầy Thái Hữu Nguyên thầy Nguyễn Khắc Tuấn cơ, thầy khoa giúp em tìm hiểu nghiên cứu để tài Với đề tài „„Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát WinCC sử dụng mạng Profibus” sử dụng PLC S7-300 PLC S7-200 siemens liên hệ với qua mạng truyền thơng PROFIBUS mà em trình bày đồ án tốt nghiệp này, em hy vọng đóng góp phần nhỏ bé vào q trình tìm hiểu cơng nghệ sản xuất Trong q trình làm đồ án cịn gặp nhiều khó khăn tài liệu tham khảo cho vấn đề hạn hẹp, nhƣng đƣợc hƣớng dẫn thầy Thái Hữu Ngun tồn thể thầy giáo khoa Điện hƣớng dẫn giúp đỡ em Đồ án tốt nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 trình làm đồ án tốt nghiệp Mặc dù cố gắng nhƣng thời gian khả em cịn có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót mong đóng góp ý kiến bổ sung thầy, cô giáo Em xin chân thành cảm ơn ! Vinh, ngày … tháng … năm 2012 Sinh viên thực Phan Thanh Tuyên Đồ án tốt nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 1.1 Trạm phân phối gia cơng 1.1.1 Tìm hiểu quy trình cơng nghệ trạm phân phối gia công Trạm phân phôi vật gia cơng có chức lƣu trữ phân phối phơi cho tồn hệ thống Phơi đƣợc chứa hộp đựng phôi đƣợc đẩy xuống băng tải nhờ Xi lanh đẩy phôi Cảm biến quang điện phát có mặt phơi băng tải bật tín hiệu cho băng tải hoạt động, di chuyển phơi đến cuối băng tải Khi phôi đến cuối băng tải nhờ cảm biến quang đặt băng tải phát sau thời gian trễ tín hiệu gọi cánh tay rôbốt hai bậc đƣợc bật lên Cánh tay rôbốt ghắp phôi từ băng tải trạm đặt sang trạm để chuẩn bị cho trình gia cơng Hình 1.1: Trạm phân phối vật gia công 1.1.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:  Mơ hình băng tải : Di chuyển phơi  Cơ cấu cấp phôi : Cung cấp phôi xuống băng tải  Phôi với loại khác : Phôi nhựa với màu trắng, đen phơi sắt Ngồi ra, có số phơi bị lỗi đƣợc đƣa vào để phân biệt với phôi  Xy lanh khí : Đẩy phơi xuống Băng tải có tín hiệu từ van điện  Van điện : Điều khiển đóng/mở xy lanh có tín hiệu u cầu từ PLC  Cánh tay Robot : Cánh tay bậc xoay ghắp phôi sang trạm Đồ án tốt nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3  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 phôi cấu cấp phôi va cuối băng tải 1.2  Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC điều khiển tốc độ động Băng tải  Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch đèn báo Trạm kiểm tra sản phẩm 1.2.1 Tìm hiểu quy trình cơng nghệ trạm kiểm tra sản phẩm Khi trạm cấp phơi hồn thành cơng đoạn cấp phơi, trạm kiểm tra sản phẩm có nhiệm vụ kiểm tra phơi bị lỗi hay không (dài ngắn coi phôi lỗi - phế phẩm) nhờ hai cảm biến từ đo độ cao phôi Bảng chân lý để nhận biết phôi thành phẩm phôi phế phẩm nhƣ sau: Đặc điểm phôi Cảm biến từ Cảm biến từ Kết luận Phôi ngắn 0 Phế phẩm ngắn Phôi dài 1 Phế phẩm dài Phôi vừa Thành phẩm Phế phẩm bị đẩy xuống thùng chứa phía dƣới Phơi khơng bị lỗi đƣợc đẩy xuống băng tải Trên băng tải lắp đặt ba loại cảm biến gồm: Cảm biến quang điện phát tất loại phôi, cảm biến tiệm cận phát phơi có tính chất từ tính, cảm biến mầu sắc phát 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 Phôi nhựa trắng 1 Phôi nhựa đen 0 Khi phôi di chuyển qua cảm biến, nhờ tín hiệu ba cảm biến xác định loại phôi truyền tín hiệu sang trạm Gia cơng sản phẩm để gia công theo yêu cầu công nghệ loại phôi Đồ án tốt nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Hình 1.2: Trạm kiểm tra sản phẩm 1.2.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:  Mơ hình băng tải : Di chuyển phôi  Cơ cấu kiểm tra phôi : Nâng hạ phôi lên xuống để kiểm tra phôi có phải thành phẩm hay phế phẩm  Xy lanh khí : Đẩy phơi xuống băng tải thùng đựng phế phẩm có tín hiệu từ van điện  Van điện : Điều khiển đóng/mở xy lanh có tín hiệu u 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 phôi cuối băng tải  Cảm biến từ : Giới hạn trên/dƣới cho cấu kiểm tra phôi phân biệt phơi có bị lỗi hay khơng 1.3  Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC điều khiển tốc độ động Băng tải  Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch đèn báo Trạm xử lý gia cơng phơi 1.3.1 Tìm hiểu quy trình cơng nghệ trạm xử lý gia cơng phơi Đồ án tốt nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Trạm xử lý gia công nhận phôi từ trạm kiểm tra phôi Phôi sau đƣợc xác định không bị lỗi bắt đầu q trình gia cơng trạm theo yêu cầu công nghệ loại phôi theo bảng chân lý nhƣ sau: Đặc điểm phôi Khoan lỗ bề mặt Kiểm tra lỗ phôi Phôi sắt có có Phơi nhựa trắng có có Phơi nhựa đen có có Mâm xoay xoay bƣớc phù hợp với yêu cầu nhờ tín hiệu từ cảm biến động chiều Hamonic Động khoan di chuyển lên xuống nhờ cấu xy lanh Khi phôi dừng vị trí khoan, động khoan đƣợc hạ xuống khoan lỗ, trình thực vài giây sau động khoan trở vị trí ban đầu nhờ xy lanh đẩy lên Tiếp theo, trình kiểm tra lỗ vừa khoan nhờ xy lanh Hình 1.3: Trạm xử lý gia cơng phơi 1.3.2 Kết cấu thiết bị bao gồm :  Cơ cấu mâm xoay vị trí : Di chuyển phơi lần lƣợt đến vị trí gia cơng  Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử, cảm biến, động 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 Đồ án tốt nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện 1.4 Lớp ĐH Điện A K3  Module EM 277 : truyền thông PROFIBUS – DP  Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC điều khiển tốc độ động Băng tải  Cảm biến tiệm cận : Phát loại phơi có tính chất từ tính  Cảm biến màu : Phát phơi có màu đen trắng  Cơ cấu khoan : Gia công phơi  Xy lanh khí : Giữ phơi để khoan dễ dàng  Van điện : Nhận tín hiệu từ PLC để đóng/mở xy lanh  Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo Trạm Rôbôt bậc tự Scara 1.4.1 Tìm hiểu quy trình cơng nghệ trạm Robot bậc tự Scara Hình 1.4: Trạm Robot bậc tự Robot SCARA gồm bậc tự sử dụng cấu truyền động động bƣớc cấu gắp sản phẩm đƣợc điều khiển khí nén Robot đƣợc lập trình mơ tả tọa độ phần mềm OpenGL Robot 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 Đồ án tốt nghiệp 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3  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 + = OUT (IN1 – = 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 ngõ 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 hàm so sánh nhƣ sau:  So sánh khác:     So sánh lớn bằng: >= So sánh nhỏ bằng: So sánh nhỏ hơn: < Cũng tƣơng tự hàm so sánh cho BYTE, ta có phép so sánh cho số INT, DINT, REAL Khi thực hàm so sánh IN1, IN2 phải đƣợc chọn kiểu liệu Đồ án tốt nghiệp 146 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 1.4 Module truyền thông PROFIBUS EM 277 module mở rộng vào/ra số EM 223 1.4.1 Module truyền thơng PROFIBUS EM 277  Đặc tính kỹ thuật EM 277 PROFIBUS – DP module mở rộng thông minh, kết nối với PLC S7 200 CPU22x để truyền thông nối mạng mạng PROFIBUS  Nguồn cấp: 24 VDC  Cổng truyền thông: 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, 500 Kbaud; 1, 1.5, 3, 12Mbaud  Chuẩn truyền thông: PROFIBUS-DP slave MPI slave  Địa trạm: 0-99  Có thể kết nối tối đa MPI  Cấu hình địa cho EM 277  EM 277 có Switch gạt để đặt địa chỉ, đặt địa từ 00 – 99  Switch “x10” = Đặt số hàng chục  Switch “x1” = Đặt số hàng đơn vị  Kết nối PLC S7 – 200 vào mạng PROFIBUS – DP thông qua EM 277 EM 277 đƣợc cấu hình DP - Master để nhận liệu từ DP – Master hay gửi liệu lên DP – Master EM 277 đƣợc thiết lập địa Switch nằm module Dữ liệu DP – Master gửi xuống DP – Slave gọi Output Data, liệu DP – Master nhận gọi Input Data Input Output Data buffer nằm vùng nhớ V PLC S7 200 Địa bắt đầu hay độ dài Data đƣợc cấu hình DP - Master DP – Master xác định cách thực Data truyền đi: Theo Byte, Word… Đồ án tốt nghiệp 147 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 1.4.2 Module mở rộng vào/ra số EM 223 Module EM 223 DC/DC có đầu vào đầu số, đƣợc dùng để mở rộng số lƣợng đầu vào/ra số lƣợng đầu vào/ra CPU không đủ  Đầu vào số:  Đầu số:  Nguồn cấp: 24VDC  Đầu ra: 24VDC Transitor 1.5 Một số thiết bị điều khiển khác dây chuyền 1.5.1 Cảm biến  Cảm biến quang điện loại khác thiết bị cảm biến vị trí Cảm biến quang điện dùng ngăn chặn hay phản xạ chùm tia sáng đƣợc điều chế gặp vật thể để xác định vật thể Bộ điều khiển gồm phát xạ (nguồn sáng ) thu để xác định ánh sáng phát ra, với hỗ trợ mạch điện tử đánh giá khuyếch đại tín hiệu bắt đƣợc để thay đổi ngõ cảm biến Chúng ta gần gũi với ứng dụng cảm biến quang điện ví dụ nhƣ đƣợc đặt trƣớc cữa để cảnh báo có ngƣời vào, phát sản phẩm Sơ đồ nguyên lý cảm biến quang  Cảm biến tiệm cận bao gồm tất loại cảm biến phát vật thể không cần tiếp xúc nhƣ công tắc hành trình mà dựa mối quan hệ vật lý cảm biến vật thể cần phát Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu chuyển động xuất vật thể thành tín hiệu điện Có hệ thống phát để thực công việc chuyển đổi này: hệ thống sử dụng dịng điện xốy đƣợc phát vật thể kim loại nhờ tƣợng cảm ứng điện từ, hệ thống sử dụng thay đổi điện dung đến gần vật thể cần phát hiện, hệ thống sử dụng nam châm hệ thống chuyển mạch cộng từ Đồ án tốt nghiệp 148 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện  Lớp ĐH Điện A K3 Ta có số hình vẽ loại cảm biến sử dụng trạm FMS: 1.5.2 Động DC SERVO Động DC động bƣớc vốn hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để động quay nhƣng chúng quay ta không biết, kể động bƣớc động quay góc xác định tùy vào số xung nhận đƣợc Việc thiết lập hệ thống điều khiển để xác định ngăn cản chuyển động quay động làm động không quay không dễ dàng Mặt khác, động servo đƣợc thiết kế cho hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu động đƣợc nối với mạch điều khiển Khi động quay, vận tốc vị trí đƣợc hồi tiếp mạch điều khiển Nếu có bầt kỳ lý ngăn cản chuyển động quay động cơ, cấu hồi tiếp nhận thấy tín hiệu chƣa đạt đƣợc vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động đạt đƣợc điểm xác Động servo có nhiều kiểu dáng kích thƣớc, đƣợc sử dụng nhiếu máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển máy tính mơ hình máy bay xe Ứng dụng động servo robot, loại với động dùng mơ hình máy bay xe 1.5.3 Van điện từ STNC DC 24 Nguyên lý hoạt động: có cuộn dây điện, có lị xo lỏi sắt, lỏi sắt lại tỳ vào đầu gioăng cao su Bình thƣờng khơng có điện lị xo ép vào lỏi sắt để đóng van Khi ta đƣa dịng điện vào, cuộn dây sinh từ trƣờng hút lổi sắt, từ trƣờng đủ mạnh thắng đƣợc lò xo van mở cho dịng khí lƣu thơng 1.5.4 Hệ thống khí nén (FRL) Đồ án tốt nghiệp 149 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện  Lớp ĐH Điện A K3 Bộ nguồn khí nén: Bộ phận không thiếu đƣợc hệ thống điều khiển nén đƣợc ký hiệu FRL ( Filter Regulatorpression Lubricatoroil) Nó có chức lọc khí nén điều chỉnh áp suất ngn khí đƣa vào hệ thống điều khiển khí nén Máy nén khí   Cấu tạo FRL: có phận  F: Filter có chức để lọc bụi tác nƣớc  R: Regulatorpression điều chỉnh áp suất  L: Lubricatoroil bôi trơn để tạo khí trơn (có lẫn dầu) Sơ đồ FRL: Đồ án tốt nghiệp 150 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 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 mạng truyền thơng cấp trường Hình 3.0: hệ thống mạng truyền thông công nghiệp Đây cấp nằm trƣờng tất nhiên cấp nằm sát với dây chuyền sản xuất Các thiết bị cấp sensor cấu chấp hành, chúng đƣợc nối mạng trực tiếp thơng qua đƣờng Bus để nối với cấp (cấp điều khiển) Hệ thống Bus dùng để kết nối thiết bị cấp trƣờng với cấp điều khiển gọi Bus trƣờng (fieldbus), thực tế hệ thống Bus địi hỏi cần có đáp ứng thời gian thực trao đổi thông tin, đặc trƣng trao đổi tin cấp trƣờng tin thƣờng có chiều dài khơng lớn Điển hình Bus trƣờng là: Profibus-DP, Profibus-PA, Can, Foundation Fielbus, DeviceNet 2.2 Cấp điều khiển Đồ án tốt nghiệp 151 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Cấp bao gồm trạm điều khiển trƣờng (FCS), điều khiển logic lập trình (PLC), thiết bị quan sát Chức thu thập tín hiệu từ trƣờng, thực điều khiển sở, điều khiển logic, tổng hợp liệu … Các thiết bị cấp đƣợc kết nối với kết nối với thiết bị cấp (cấp điều khiển giám sát) thông qua Bus hệ thống, thực tế tin trao đổi Bus hệ thống địi hỏi tín thời gian thực cao, mặt khác đặc thù tin chiều dài lớn nhiều so với tin trao đổi Bus trƣờng Điển hình Bus hệ thống là: Profibus-FMS, ControlNet, Industrial Ethernet 2.3 Cấp điều khiển giám sát Các thiết bị cấp bao gồm trạm giao tiếp ngƣời máy HIS, trạm thiết kế kỹ thuật EWS, thiết bị phụ trợ khác Chức cấp thực điều khiển trình (Process Control), thực thuật toán điều khiển tối ƣu 2.4 Cấp quản lí kỹ thuật cấp quản lí kinh tế Thực chất cấp quan trọng hoạt động công ty, nhiên yêu cầu tốc độ trao đổi thơng tin nhƣ địi hỏi thời gian thực không cao, chức cấp quản lí tình trạng hoạt động thiết bị toàn hệ thống nhƣ hoạch định chiến lƣợc phát triển sản xuất dựa tình trạng thiết bị Một số giao thức dùng hệ thống mạng Fast Ethernet, TCP/IP 2.5 Giới thiệu mạng PROFIBUS ProfiBus hệ thống Bus trƣờng chuẩn mở rộng dùng để nối thiết bị trƣờng với thiết bị điều khiển giám sát ProfiBus thiết bị nhiều chủ, cho phép thiết bị điều khiển tự động, trạm kỹ thuật hiển thị trình nhƣ phụ kiện phân tán làm việc đƣờng truyền chung Bus ProfiBus thực chức ứng dụng hoạt động theo chu kỳ, có độ tin cậy cao có khả đáp ứng cao tính thời gian thực Mạng PROFIBUS đƣợc cung cấp theo ba chủng loại tƣơng thích  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 thiết bị trƣờng với máy tính điều khiển PROFIBUS – DP phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu cao tính thời gian trao đổi liệu, cấp điều khiển nhƣ PLC máy tính cơng nghiệp với ngoại vi phân tán cấp trƣờng nhƣ thiết bị đo, truyền động van Việc trao đổi chủ yếu đƣợc thực tuần hoàn theo chế Đồ án tốt nghiệp 152 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Master/Slave Với số trạm tối đa mạng 126, PROFIBUS – DP cho phép sử dụng cấu hình trạm chủ (Mono Master) nhiều trạm chủ (Multi Master) Một đặc trƣng PROFIBUS – DP tốc độ truyền cao, lên tới 12 Mbit/s  PROFIBUS – FMS (Fieldbus Message Specification) trao đổi lƣợng thông tin trung bình thành viên bình đẳng với mạng PROFIBUS – FMS đƣợc dùng chủ yếu cho việc nối mạng máy tính điều khiển giám sát Mạng thực lớp 1, 2, theo mơ hình quy chiếu OSI Do đặc điểm ứng dụng cấp điều khiển điều khiển giám sát, liệu chủ yếu đƣợc trao đổi với tính chất khơng định kỳ  PROFIBUS – PA (Process Automation) đƣợc thiết kế riêng cho khu vực nguy hiểm PROFIBUS – PA mở rộng PROFIBUS – DP phƣơng pháp truyền dẫn an toàn môi trƣờng dễ cháy nổ theo chuẩn IEC 61158-2 PROFIBUS – PA loại bus trƣờng thích hợp cho hệ thống điều khiển phân tán ngành cơng nghiệp hố chất hố dầu Thiết bị chuyển đổi (DP/PA-Link) đƣợc sử dụng để tích hợp đƣờng mạng PA với mạng PROFIBUS DP Điều đảm bảo cho tồn thơng tin đƣợc truyền liên tục hệ thống mạng PROFIBUS bao gồm DP PA ProfiBus chuẩn truyền thông công nghiệp đƣợc sử dụng rộng rãi, có hai loại thiết bị thƣờng gặp mạng truyền thông ProfiBus đƣợc phân biệt thiết bị chủ (Master) thiết bị tớ (Slave)  Thiết bị chủ (Master) có khả kiểm sốt truyền thơng Bus, trạm chủ gửi thơng tin giữ quyền truy nhập Bus Trạm chủ cịn đƣợc gọi trạm tích cực  Thiết bị tớ (Slave) thiết bị trƣờng vào phân tán, cảm biến cấu chấp hành Chúng không đƣợc quyền truy nhập Bus mà đƣợc phép xác nhận trả lời thông tin nhận đƣợc từ trạm chủ đƣợc yêu cầu Một trạm tớ đƣợc gọi trạm thụ động Một trạm tớ thực dịch vụ hơn, tức xử lý giao thức đơn giản so với trạm chủ 2.6 Cấu hình hệ thống dạng thiết bị PROFIBUS-DP cho phép sử dụng cấu hình trạm chủ (Monomaster) nhiều trạm chủ (Multimaster) với số trạm tối đa đoạn mạng 126 trạm Trong cấu hình nhiều chủ, tất trạm chủ đọc liệu đầu vào/ra trạm tớ nhƣng trạm chủ đƣợc quyền ghi liệu đầu Các quy Đồ án tốt nghiệp 153 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 định cho cấu hình hệ thống bao gồm số lƣợng trạm, gán địa cho I/O phân tán, đồng liệu I/O, dạng thông báo chuẩn đốn thơng số Bus sử dụng Tùy theo phạm vi chức năng, kiểu dịch vụ thực ngƣời ta phân biệt dạng dịch vụ sau:  DP-Master cấp (DPM1), điều khiển trung tâm trao đổi thông tin với trạm phân tán (DP-Slave) theo chu kỳ thông báo xác định Các thiết bị điển hình dạng PLC, máy CNC điều khiển Robot  DP-Master cấp (DPM2), thiết bị thuộc dạng thiết bị lập trình, thiết bị cấu hình thiết bị chuẩn đoán Các thiết bị đƣợc sử dụng trình khởi động để tạo cấu hình cho hệ thống DP  DP-Slave, DP-Slave thiết bị I/O (Sensor-Actuator) đọc vào thông tin từ Input đƣa thông tin ngõ tới trình xử lý Lƣợng thơng tin ngõ vào ngõ phụ thuộc vào thiết bị  Hệ thống Mono-Master, cấu hình hệ thống có Master hệ thống có thời gian chu kỳ ngắn  Hệ thống Multi-Master, hệ thống có nhiều Master, chẳng hạn nhƣ thiết bị cấu hình, thiết bị chuẩn đoán số hệ thống (subsystem) phụ thuộc lẫn Bus Việc đặt cấu hình hệ thống đƣợc thực phần mềm, thơng thƣờng cơng cụ cấu hình cho phép ngƣời sử dụng bổ sung tham số hóa nhiều loại thiết bị nhà sản xuất cách tƣơng đối đơn giản thơng tin tính cần thiết thiết bị đƣợc đƣa vào sở liệu công cụ cấu hình Đồ án tốt nghiệp 154 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 PHỤ LỤC 3: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM GIÁM SÁT WINCC V7.0 3.1 Tổng quan phần mềm giám sát WinCC WinCC (Windows Control Center) phần mềm tích hợp giao diện ngƣời máy IHMI (Integrated Human Machine Interface) cho phép kết hợp phần mềm điều khiển với q trình tự động hố Những thành phần dễ sử dụng WinCC giúp tích hợp ứng dụng có sẵn mà khơng gặp trở ngại Đặc biệt, với WinCC, ngƣời sử dụng tạo giao diện điều khiển giúp quan sát hoạt động q trình tự động hố cách dễ dàng Phần mềm trao đổi liệu trực tiếp với nhiều loại PLC hãng khác nhƣ Siemens, Mitsubishi, Allen Bradley, v.v , nhƣng đặc biệt truyền thơng tốt với PLC hãng Siemens WinCC cịn có đặc điểm đặc tính mở Nó sử dụng cách dễ dàng với phần mềm chuẩn phần mềm ngƣời sử dụng, tạo nên giao diện ngƣời-máy đáp ứng nhu cầu thực tế cách xác Những nhà cung cấp hệ thống phát triển ứng dụng họ thông qua giao diện mở WinCC nhƣ tảng để mở rộng hệ thống 3.2 Chức trung tâm điều khiển (CONTROL CENTER) 3.2.1 Chức Control Center chứa tất chức quản lý cho tồn hệ thống Trong Control Center, đặt cấu hình khởi động Run-time a Nhiệm vụ quản lý liệu Quản lý liệu cung cấp ảnh trình với giá trị tag Tất hoạt động quản lý liệu chạy background (nên) b Nhiệm vụ Control Center Các nhiệm vụ Control Center:  Lập cấu hình hồn chỉnh  Hƣớng dẫn giới thiệu việc lập cấu hình  Thích ứng việc ấn định, gọi lƣu trữ dự án (Projects)  Quản lý dự án (Projects)  Có khả nối mạng soạn thảo cho nhiều ngƣời sử dụng Projects Đồ án tốt nghiệp 155 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3  Quản lý phiên  Diễn tả bẳng đồ thị liệu cấu hình  Điều khiển đặt cấu hình cho hình vẽ/cấu trúc hệ thống  Thiết lập việc cài đặt toàn cục  Đặt cấu hình cho chức định vị đặc biệt  Tạo soạn thảo tham khảo đan chéo  Phản hồi tài liệu  Báo cáo trạng thái hệ thống  Thiết lập hệ thống đích  Chuyển Run-time cấu hình  Kiểm tra chế độ mơ phỏng, trợ giúp thao tác để đặt cấu hình liệu bao gồm: Dịch hình vẽ, mơ tag, hiển thị trạng thái thiết lập thông báo 3.2.2 Cấu trúc Control Center có cấu trúc nhƣ sau: a Control Center  Tìm hiểu WinCC Control Center: Giao diện đồ họa cho cấu hình dƣới mơi trƣờng Windows  Quản lý liệu: Cung cấp ảnh trình với liệu biến (tag) Truyền liệu quản lý liệu nhận hệ thống tự động b Các module chức  Phân hệ đồ họa (Graphic Designer): Hiển thị kết nối trình đồ thị  Viết chƣơng trình cho thao tác (Global Scrips): Tạo dự án động cho yêu cầu đặc biệt  Hệ thống thông báo (Alarm Logging): Xuất thông báo hồi đáp  Lƣu trữ soạn thảo giá trị đo lƣờng (Tag logging): Soạn thảo giá trị đo lƣu trữ chúng thời gian dài Soạn thảo liệu liên quan đến ngƣời sử dụng lƣu giữ chúng thời gian dài  Phân hệ báo cáo (Report Designer): Báo cáo trạng thái hệ thống c Phản hồi tài liệu Đồ án tốt nghiệp 156 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đối với trung tâm điều khiển (Control Center), việc in hệ thống định sẵn có báo cáo thiết kế (Report Designer) để thị nội dung tài liều Tất máy tính, biến (tags) kết nối đƣợc định hình đƣợc in “Print Job” hay hiển thị hình Các kiểu liệu dự án đƣợc xuất cách phản hồi tài liệu  Máy tính: Tên kiểu máy tính (Server hay Client)  Tag management: Tên biến (tag), kiểu liệu, kết nối, kênh  Kết nối: Kết nối với đơn vị tham số 3.2.3 Soạn thảo (Editor) Editor dùng soạn thảo điều khiển dự án (Projects) hoàn chỉnh Các soạn thảo trung tâm điều khiển (Control Center) bao gồm  Alarm Logging (báo động): nhận thơng báo từ q trình để chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp lƣu trữ thông báo  User Adminnistrator (quản lý ngƣời dung): Cho phép nhóm ngƣời sử dụng điều khiển truy nhập  Tex Library (thƣ viện văn bản): chứa văn tùy thuộc ngôn ngữ ngƣời dung tạo  Report Designer (báo cáo): Cung cấp hệ thống báo cáo đƣợc tích hợp sử dụng để báo cáo liệu, giá trị, thông báo hành lƣu trữ, hệ thống tài liệu ngƣời sử dụng  Global Scripts (viết chƣơng trình): Cho phép tạo dự án động tùy thuộc vào yêu cầu đặc biệt Bộ soạn thảo cho phép tạo hàm tạo thao tác đƣợc sử dụng hay nhiều dự án tùy theo kiểu chúng  Tag Logging (hiện thị giá trị xử lý): Xữ lý giá trị đo lƣờng lƣu trữ chúng thời gian dài  Graphics Designer (thiết kế đồ họa): Cung cấp hình hiển thị kết nối đến trình Đồ án tốt nghiệp 157 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 3.2.4 Các thành phần dự án (Project) Control Center Một dự án bao gồm thành phần sau: Máy tính, quản lý biến, kiểu liệu soạn thảo a Máy tính Thành phần máy tính dung quản lý tất máy tính truy cập dự án có Có thể đặt cấu hình cho máy tính riêng biệt Các thuộc tính máy tính : Bao gồm tên máy tính kiểu máy tính  Sever: Máy tính trung tâm để lƣu trữ liệu quản lý toàn cục hệ thống WinCC  Client: Cũng đƣợc định nghĩa nhƣ trạm làm việc (Work Station) Trung tâm điều khiển (Control Center) đƣợc tải cục máy tính loại Thành phần có nhiều mục nhƣ : Các điều khiển truyền thống để quản lý biến (tags) trình, tag nội, kết nối logic nhóm biến  Các điều khiển truyền thông: Bộ điều khiển truyền thông giao diện kết nối hệ thống PLC WinCC Hệ thống WinCC chứa điều khiển truyền thông (lien kết động) kênh DLL với thông tin về:  Điều kiện tiên cần để xử lý tag qua trình băng PLC  Các thủ tục chung để kết nối với tag ngồi  Giới thiệu cấu hình đặc biệt kênh DLL: WinCC hỗ trợ nhiều hang với chuẩn khác 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 WinCC đƣợc thực nhƣ Windows DLL đƣợc liên kết động với hệ thống Một kệnh WinCC thực việc truy nhập kiểu tham số kết nối đặc biệt với 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 hỗ trợ nhiều khối kênh kiểu Quản lý liệu WinCC địi hỏi giá trị q trình lúc Runtime từ PLC xa thông qua kết nối Logic, khối kênh thực bƣớc truyền thông cần thiết để đáp ứng yêu cầu giá trị q trình kết nối kênh đặc biệt, cung cấp giá trị quy định cho quản lý liệu WinCC Đồ án tốt nghiệp 158 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Dữ liệu đọc vào đƣợc lƣu trữ nhƣ ảnh q trình Ram máy tính Tất thành phần WinCC truy nhập ảnh q trình Các kết nối Logic, nhóm tags tag đƣợc ấn định vào khối kênh  Kết nối: kết nối logic mô tả giao diện hệ thống tự động quản lý liệu WinCC Quản lý liệu máy tính Server đảm trách việc cung cấp tags với giá trị trình Run-time Quản lý liệu cung cấp giá trị trình đến tags nội nhƣ tags máy Client tƣơng ứng Quản lý liệu chuyển tags đƣợc truy cập đến kết nối logic chúng đến đƣợc kênh thích hợp Các kênh thực bƣớc truyền thông cần thiết tuyến trình theo tối ƣu Bằng cách này, việc giảm thiểu chuyển liệu cần thiết tuyến trình để gán giá trị cho tags b Biến (tag) Tags WinCC phần tử trung tâm để truy nhập giá trị trình Trong dự án, chúng nhận tên kiểu liệu Kết nối logic đƣợc gán với biến WinCC Kết nối xác định kênh chuyển giao giá trị trình cho biến Các biến đƣợc lƣu trữ sở liệu toàn dự án Khi chế độ WinCC khởi động, tất biến dự án đƣợc nạp cấu trúc Run-time tƣơng ứng đƣợc thiết lập Mỗi biến đƣợc lƣu trữ quản lý liệu theo kiểu liệu chuẩn  Biến nội: Các biến nội khơng có đỉa PLC, quản lý liệu bên WinCC cung cấp cho toàn hệ thống mạng (NETWORK) Các biến nội đƣợc dùng lƣu trữ thông tin tổng nhƣ: Ngày, hành, lớp hành, cập nhật liên tục Hơn nữa, biến nội cho phép trao đổi liệu ứng dụng để thực việc truyền thơng cho q trình theo cách tập trung tối ƣu  Biến trình: Trong hệ thống WinCC, biến ngoại đƣợc hiểu biến trình Các biến trình đƣợc liên kết với truyền thông logic để phản ánh thông tin địa hệ thống PLC khác Các biến ngoại chứa mục tổng gồm thông tin tên, kiểu, giá trị giới hạn mục chuyên biệt kết nối mà cách diễn tả phụ thuộc vào kết nối logic Quản lý liệu cung cấp mục đặc biệt trình cho ứng dụng mẫu văn  Nhóm biến: Nhóm biến chứa tất biến có kết nối logic lẫn  CPU: nhóm chứa tất biến truy nhâp CPU Đồ án tốt nghiệp 159 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3  Lị nhiệt: nhóm chứa tất biến truy nhập lị  I/O số: nhóm chứa tất biến truy nhập đầu vào/ra số tƣơng tự  Một kết nối logic diễn tả giao diện hệ thống tự động quản lý liệu Mỗi nhóm biến đƣợc gán với khối kênh Một kênh chứa nhiều nhóm biến Đồ án tốt nghiệp 160 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... nghiên cứu để tài Với đề tài „? ?Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát WinCC sử dụng mạng Profibus? ?? sử dụng PLC S7-300 PLC S7-200 siemens liên hệ với qua mạng truyền thông PROFIBUS mà em trình bày đồ... Trạm điều khiển giám sát trung tâm 1.8.1 Tìm hiểu quy trình cơng nghệ trạm điều khiển giám sát trung tâm Trạm điều khiển giám sát sử dụng điều khiển PLC S7 300 CPU 313C-2DP hình giám sát HMI –... hiểu quy trình cơng nghệ trạm điều khiển 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 trạm qua mạng PROFIBUS- DP