Xây dựng bài thí nghiệm điều khiển, giám sát với PC ACCESS OPC và PLC S7200

Sự tiến bộ về khoa học công nghệ trên thế giới đang phát triển mạnh mẽ và đã đạt được những thành tựu rực rỡ, và góp phần rất lớn trong sự phát triển văn minh nhân loại. Để theo kịp sự tiến bộ khoa học nhân loại, Đảng và Nhà Nước ta từ lâu đã coi việc “ Công nghiệp hóa, hiện đại hóa” đất nước là hết sức cần thiết và thiết thực. Chính vì vậy công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang dần hình thành và phát triển sâu rộng ở nước ta. Dực trên kiến thức nằm trong chương trình đào tạo của ngành Cơ Điện tử có vai trò hết sức quan trọng nhằm tạo cho sinh viên hiểu một cách sâu rộng về những vấn đề mà kỹ thuật viên gặp phải khi thiết kế, chế tạo một quy trình sản xuất tự động với quy mô là tự động Hóa

DANH MỤC HÌNH VẼ Thứ tự Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Khai báo sử dụngHSC. 7 Hình 1.2 Câu lệnh USS_INT 14 Hình 1.3 Câu lệnh USS_CTRL . 15 Hình 1.4 Lệnh đọc một thông số từ biến tần về PLC. 17 Hình 1.5 Lệnh ghi một thông số từ PLC xuống biến tần. 18 Hình 1.6 Đầu nối mạch lực. 20 Hình 1.7 Đầu nối điều khiển của biến tần MM420. 21 Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý của biến tần MM420. 22 Hình 1.9 Đầu vào số của biến tần. 29 Hình1.10 Sơ đồ chân của cổng truyền thông trên PLC. 31 Hình 1.11 Sơ đồ kết nối PLC – Biến tần. 32 Hình 2.1 Mô hình cơ khí panel thí nghiệm. 33 Hình 2.2 Kết cấu trục vitsme đai ốc bi 35 Hình 2.3 Kết cấu bên trong của bàn gá 36 Hình 2.4 Encoder và cách quy định các đầu dây 39 Hình 2.5 Sơ đồ khối chức năng. 41 Hình 2.6 Lưu đồ thuật toán. 42 Hình 2.7 Sơ đồ kết nối chân cảm biến 43 Hình 2.8 Sơ đồ kết nối PLC. 43 Hình 2.9 Sơ đồ kết nối PLC – Biến tần. 44 Hình 2.10 Giao diện phần giới thiệu 59 DANH MỤC BẢNG BIỂU Thứ tự Tên hình vẽ Trang Bảng 2.1 Bảng mô tả các chế độ đếm và loại HSC 9 Bảng 2.2. Các Bit đặc biệt dùng để điều khiển HSC 10 Bảng 2.3 Vùng nhớ lưu giá trị. 11 Bảng 1.4 Chức năng các đầu nối điều khiển. 21 Bảng 3.1 Bảng symbol 45 4 LỜI NÓI ĐẦU Sự tiến bộ về khoa học công nghệ trên thế giới đang phát triển mạnh mẽ và đã đạt được những thành tựu rực rỡ, và góp phần rất lớn trong sự phát triển văn minh nhân loại. Để theo kịp sự tiến bộ khoa học nhân loại, Đảng và Nhà Nước ta từ lâu đã coi việc “ Công nghiệp hóa, hiện đại hóa” đất nước là hết sức cần thiết và thiết thực. Chính vì vậy công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang dần hình thành và phát triển sâu rộng ở nước ta. Dực trên kiến thức nằm trong chương trình đào tạo của ngành Cơ Điện tử có vai trò hết sức quan trọng nhằm tạo cho sinh viên hiểu một cách sâu rộng về những vấn đề mà kỹ thuật viên gặp phải khi thiết kế, chế tạo một quy trình sản xuất tự động với quy mô là tự động Hóa. Xuất phát từ nhu cầu thiết thực của cuộc sống và niềm đam mê khoa học, nhóm sinh viên chúng em đã nghiên cứu đề tài: “Xây dựng bài thí nghiệm điều khiển, giám sát với PC ACCESS OPC và PLC S7-200” Trong quá trình làm đồ án, được sự quan tâm hướng dẫn tận tình và sự giúp đỡ của thầy hướng dẫn và các thầy cô giáo trong khoa cơ khí và khoa điện- điện tử đã tạo điều kiện và hướng dẫn chúng em hoàn thiện đồ án này. Do thời gian và kinh nghiệm hạn chế nên quyển thuyết minh không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo tận tình của Thầy Cô giáo và đóng góp của các bạn để quyển thuyết minh hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Hưng yên, ngày 26/06/2012 Nhóm sinh viên thực hiện. 5 CHƯƠNG I: CƠ SỞ XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM HỆ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VỚI PC ACCESS OPC VÀ PLCS7-200. 1.1. Khái niệm chung về OPC. OPC (OLE for Process Control) là một chuẩn giao diện được hiệp hội OPC Foundation xây dựng và phát triển. Dựa trên mô hình đối tượng thành phần (D)COM của hãng Microsoft. OPC định nghĩa thêm một số giao diện cho khai thác dữ liệu từ các quá trình kỹ thuật, tạo cơ sở cho việc xây dựng các ứng dụng điều khiển phân tán mà không bị phụ thuộc vào mạng công nghiệp cụ thể. Trong thời điểm hiện nay OPC cũng như COM tuy mới được thực hiện trên nền Windows, song đã có nhiều cố gắng để phổ biến trong các hệ điều hành thông dụng khác. Với mục đích ban đầu là thay thế cho các dạng phần mềm kết nối như I/O- Drivers và DDE, OPC quy định một sô giao diện chuẩn cho các chức năng như: - Khai thác, truy nhập dữ liệu quá trình từ nhiều nguồn khác nhau (PLC, các thiết bị trường, bus trường, cơ sở dữ liệu…). - Xử lý sự kiện và sự cố. - Truy nhập dữ liệu quá khứ. Trong tương lai OPC sẽ hỗ trợ các chức năng khác như an toàn hệ thống và điều khiển mẻ. OPC sử dụng cơ chế COM/COM để cung cấp các d ịch vụ truyền thông chol tất cả các ứng dụng hỗ trợ COM. Có thể kể ra hang loạt các ưu điểm của việc sử dụng OPC như : - Cho phép các ứng dụng khai thác, truy nhập dữ liệu theo một cách đơn giản, thống nhất. - Hỗ trợ truy nhập dữ liệu theo cơ chế hỏi tuần tự hoặc theo sự kiện. - Được tối ưu trong việc sử dụng mạng công nghiệp. 6 - Kiến trúc không phụ thuộc vào nhà cung cấp thiết bị. - Linh hoạt và hiệu suất cao. - Sử dụng từ hầu hết các công cụ phần mềm SCADA thông dụng, hoặc bằng một ngôn ngữ bâc cao (C++, Visual Basic…). Cốt lõi của OPC là một chương trình phần mềm phục vụ gọi là OPC-Sever, trong đó chứa các mục dữ liệu được tổ chức thành các nhóm. Thông thường một OPC-Sever đại diện một thiết bị thu thập dữ liệu như PLC, RTU, I/O hoặc một cấu hình mạng truyền thông. Các OPC-Item sẽ đại diện cho các biến quá trình, các tham số điều khiển… OPC được xây dựng dựa trên ý tưởng ứng dụng công nghệ COM nhằm đơn giản hóa, chuẩn hoá việc khai thác dữ liệu từ các thiết bị cận trường và thiết bị điều khiển, tương tự như việc khai thác một hệ thống cơ sở dự liệu thông thường. Giống như COM, OPC không quy định việc thực hiện khai thác cụ thể mà chỉ định nghĩa một số giao diện chuẩn. Thay cho việc dung C/C++ dung để định nghĩa một giao diện lập trình như thông thường, ngôn ngữ ở đây không phụ thuộc vào nền cài đặt hay ngôn ngữ lập trình. 1.2. Phần mềm điều khiển giám sát Win CC. 1.2.1. Tổng quan về Win CC. WinCC (Windows Control Center) là một hệ thống phần mềm điều khiển giám sát công nghiệp (Tích hợp giao diện người máy IHMI – Integrate Human Machine Interface), có tính năng kỹ thuật và hệ thống màn hình hiển thị đồ hoạ để điều khiển các nhiệm vụ đặt ra trong sản xuất và tự động hóa quá trình công nghiệp. Hệ thống này đưa ra những module chức năng tích hợp trong công nghiệp cho việc hiển thị đồ hoạ, đưa ra thông báo, lưu trữ, và xuất các báo cáo. Nó là một trình điều khiển mạnh, với giao diện lập trình thân thiện cho phép cập nhật nhanh chóng các hình 7 ảnh của các quá trình tự động hoá cần quan sát (thông qua các trang màn hình), và các chức năng lưu trữ an toàn … nên đảm bảo lợi ích cao. Ngoài ra WinCC còn đưa ra các giao diện mở cho các giải pháp của người dùng. Những giao diện này có thể tích hợp trong những giải pháp tự động hóa phức tạp, các giải pháp cho hệ thống mở. Sự truy nhập tới nơi lưu trữ dữ liệu tích hợp bởi các giao diện chuẩn ODBC và SQL. Sự lồng ghép những đối tượng và các văn bản được tích hợp bởi OLE 2.0 và OLE Custom Controls (OCX). Những cơ chế này làm cho WinCC là một đối tác dễ hiểu, dễ truyền tải trong môi trường Windows. 1.2.2. Các chức năng cơ bản của Win CC. WinCC là một hệ thống HMI (Human Machine Interface: tức là giao diện giữa người và máy) cho phép các hoạt động và chấp hành của các quy trình chạy trong máy. Truyền thông giữa WinCC và máy diễn ra thông một hệ thống tự động. Win CC được sử dụng để hiển thị quá trình và cấu hình một giao diện đồ họa người dùng. Bạn sẽ sử dụng giao diện người dung để hoạt động và quan sát quá trình. Win CC cung cấp các khả năng sau: - Win CC cho phép quan sát quá trình. Quá trình này được hiển thị đồ họa trên màn hình. Màn hiển thị được cập nhật mỗi lần một trạng thái trong quá trình thay đổi. - WinCC cho phép vận hành quy trình. Ví dụ, bạn có thể chỉ ra một điểm đặt từ giao diện người dùng hoặc bạn có thể mở mộtvan. - WinCC cho phép giám sát quá trình. Một cảnh báo sẽ báo hiệu một cách tự động trong sự kiện của một trạng thái quá trình nghiêm trọng. Nếu một giá trị được định nghĩa trước bị vượt quá, một thông báo sẽ xuất hiện trên màn hình. - WinCC cho phép lưu trữ quá trình. Khi làm việc với WinCC, những giá trị quá trình có thể hoặc được in ra hoặc được lưu trữ theo kiểu điện tử. Điều này tạo điều kiện cho thu thập thông tin của quy trình và cho phép truy cập tiếp theo đến dữ liệu sản sinh ra trong quá khứ. 8 1.3. Phần mềm PC ACCESS OPC. 1.3.1. Tổng quan về PC ACCESS. WinCC phiên bản 5.0, 6.0, 6.2, và 7.0 không hỗ trợ Driver kết nối trực tiếp riêng với PLC S7-200. Do đó, chúng ta không thể kết nối WinCC với S7-200 theo cách thông thường rất dễ đối với S7-300. Tài liệu chủ yếu hướng dẫn cách kết nối S7 200 với WinCC qua PC Access OPC- Server (S7-200) và kênh giao tiếp WinCC OPC (có sẵn trong WinCC). WinCC không giao tiếp trực tiếp với PLC mà thông qua S7-200 PC Access S7-200 PC Access được cài đặt khá đơn giản, Với ưu điểm tốc độ kết nối cao, dễ tiếp cận và có thể ứng dụng để giao tiếp WinCC với các loại PLC khác như Allen Bradley, Omron, … Hơn nữa OPC PC Access còn cho phép ép vào MS Excel để liên kết dữ liệumột cách đơn giản và hiệu quả. 1.3.2. Các chức năng cơ bản của PC ACCESS. PC Access là phần mềm của Siemens dùng để truy suất dữ liệu từ PLC của hãng Siemens. Chương trình PC Access1.0 dùng để kết nối S7-200 với WinCC. Do S7-200 không có Driver sẵn trong WinCC nên để liên kết với phần mềm WinCC ta phải cài đặt Driver cho nó, Driver đó là phần mềm PC Access. PC Access hoạt động thông qua OPC Server được chuẩn hóa bởi OPC Foundation. PC Access cung cấp thư viện bổ xung cho excel, Protool, VB, Win CC… nhằm kết nối PLC với PC từ các chương trình này. 9 1.4 Tổng quan về PLC S7-200. 1.4.1. Giới thiệu chung về PLC S7-200. Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC ( Programmable Logic Control ) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thực hiện thuật toán bằng mạch số. Như vậy với chương trình điều khiển trong mình PLC trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán và dặc biệt dễ dàng trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Toàn bộ chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình. Trường hợp dung lượng nhớ của PLC không đủ cho việc lưu giữ chương trình thì ta có thể sử dụng thêm bộ nhớ ngoài ( Catridge ) hỗ trợ cho việc lưu chương trình và dữ liệu. Để có thể thực hiện một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có một bộ vi xỷ lí ( CPU ), một hệ điều hành, một bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó nhằm phục vụ các bài toán điều khiển số PLC còn có các khối chức năng đặc biệt như bộ đếm, bộ định thời,…các khối hàm chuyên dụng khác. Thông thường, để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, ra cũng như chủng loại tín hiệu vào, ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hóa về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành các modul. Số các modul được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo yêu cầu công nghệ, song tối thiểu bao giờ cũng phải có một modul chính là modul CPU. Tất cả các modul được gá trên những thanh ray ( rack ). 1.42. Bộ đếm tốc độ cao. 1.4.2.1. Định dạng bộ đếm tốc độ cao. Để đọc xung tốc độ cao, ta thực hiện các bước sau cho việc định dạng Wizard: Chọn Wizard đọc xung tốc độ cao High Speed Counter. 10 Hình 1.1. Khai báo sử dụngHSC. Chọn chế độ (Mode) đọc xung tốc độ cao và loại bộ đếm ( Counter ) nào (HSC0, HSC1,…). Tùy từng loại ứng dụng mà ta chọn mode đọc xung tốc cao, có tất cả 12 mode đọc xung tốc độ cao như sau: Mode 0, 1, 2: Dùng đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi Bit nội. - Mode 0: Chỉ đếm tăng hoặc giảm, không có Bit Start cũng như Bit Reset - Mode 1: Đếm tăng hoặc giảm, có Bit Reset nhưng không có Bit Start - Mode 2: Đếm tăng hoặc giảm, có Bit Start cũng như Bit Reset để cho phép chọn bắt đầu đếm cũng như xóa. Các Bit Start, Reset là các ngõ vào ( Input ) chọn từ bên ngoài. Mode 3, 4, 5: Dùng đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi Bit ngoại, tức là có thể chọn từ ngõ vào ( Input ). - Mode 3: Chỉ đếm tăng hoặc giảm, không có Bit Start cũng như Bit Reset. [...]... về OPC - Tổng quan về PLC S7-200 - Tổng quan về biến tần MM4XX và các thông số cài đặt ứng dụng của biến tần MM420 .Đó là những khái niệm cơ bản về Cơ Sở để xây dựng về bài thí nghiệm hệ điều khiển giám sát với OPC và PLC- S7200. Trong chương tiếp theo chúng em sẽ đi phân tích và nêu cách xây dựng 1 bài thí nghiệm về hệ điều khiển giám sát với PC ACCESS OPC và PLC S7-200 - 36 CHƯƠNG II : BÀI THÍ NGHIỆM... NGHIỆM HỆ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VỚI PC ACCESS OPC VÀ PLC S7-200 2.1 Đặt vấn đề Trong tự động hóa công nghiệp, việc điều khiển và giám sát một hệ thống là công việc không thể thiếu được Một hệ thống chỉ có điều khiển không thôi sẽ không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đề ra, điều khiển luôn đi đôi với việc giám sát và thu thập dữ liệu để từ đó hệ thống mới có thông tin phản hồi cho ra những tín hiệu điều chỉnh... hy vọng sẽ nắm bắt được những thành tựu của khoa học nhân loại và áp dụng vào đời sống thực tiễn Là những kỹ sư Cơ Điện Tử trong tương lai, chúng em đã nhận thức rõ được vai trò của hệ thống điều khiển giám sát trong sản xuất công nghiệp hiện tại Với yêu cầu của đề tài là : Xây dựng bài thí nghiệm điều khiển giám sát với OPC PC ACCESS và PLC S7-200” nhằm tiếp cận nhiều hơn tới các thiết bị công nghệ... And Data Acquisition) là một hệ thống điềukhiển giám sát và thu thập dữ liệu ngày càng hoàn thiện Nói một cách khác, Scada là hệ thống hỗ trợ con người trong việc giám sát và điều khiển từ xa ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự động thông thường Chính vì vậy công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang dần hình thành và phát triển sâu rộng ở nước ta Các ngành kinh tế nói chung và ngành tự động hóa nói riêng đòi hỏi... số dùng điều khiển tốc độ động cơ ba pha xoay chiều Có nhiều loại khác nhau từ 120W nguồn vào một pha đến 200kW nguồn vào ba pha Các biến tần dùng vi xử lý để điều khiển và dùng transitor lưỡng cực cửa cách ly Điều này làm cho chúng đáng tin cậy và linh hoạt Một phương pháp điều chế độ rộng xung được chọn cho phép động cơ làm việc êm Biến tần có nhiều chức năng bảo vệ Biến tần Micro Master với các... ứng dụng 1.7.1 Đầu vào số (DIN) P0701:Chức năng đầu vào số 1 (đầu nối số 5) P0702:Chức năng đầu vào số 2 (đầu nối số 6) P0703:Chức năng đầu vào số 3 (đầu nối số 7) P0704:Chức năng đầu vào số 4 (đầu nối số 8) P0705:Chức năng đầu vào số 5 (đầu nối số 16) P0706:Chức năng đầu vào số 6 (đầu nối số 17) P0708:Chức năng đầu nối số 8 (qua đầu vào tương tự, đầu nối số 10) 32 Hình 1.9 Đầu vào số của biến tần... thêm vào nhiều lệnh USS_RPM_x và USS_WPM_x nếu cần thiết, nhưng chỉ một biến tần được tích cực tại một thời điểm - Thiết lập các thông số biến tần để phù hợp với tốc độ baud và địa chỉ của biến tần được dùng trong chương trình - Nối cáp giao tiếp giữa CPU và các biến tần 1.4.3.3 Thời gian cần thiết để giao tiếp Giao tiếp với các thiết bị có vòng quét không cùng với S7 – 200 S7 – 200 thực hiện được vài... (được thêm vào giá trị đặt chính) Định thang giá trị đặt bổ sung Xác định nguồn để chia độ cho giá trị đặt phụ 1.7.4 Giao thức uss trên biến tần Cách thức kết nối PLC với biến tần được thực hiện như hình vẽ sau: Bước 1: Xác định ý nghĩa của các chân đầu ra cổng truyền thông PLC 34 Hình1.10 Sơ đồ chân của cổng truyền thông trên PLC Bước 2: Kết nối PLC và biến tần Hình 1.11 Sơ đồ kết nối PLC – Biến... phải được thiết lập) Ngõ vào RUN (RUN/STOP) được thiết lập bằng 1cho phép điều khiển biến tần và bằng 0 không cho phép điều khiển biến tần Khi Run được thiết lập bằng 1, bộ biến tần MicroMaster nhận được lệnh bắt đầu chạy tại tốc độ và chiều đã định trước Để biến tần chạy thì: * DRIVER phải được chọn tích cực trong ACTIVE trong USS_INIT * OFF2 và OFF3 phải được đặt bằng 0 * FAUL và INHIBIT phải bằng 0... thiết lập bằng 1 thì lệnh này được ghi vào cả RAM và EEPROM của biến tần Khi đầu vào này bị mất đi thì lệnh chỉ được khi vào RAM của biến tần 22 Địa chỉ của một bộ đệm 16 – byte phải được đưa vào đầu vào DB_PTR Bộ đệm này được sử dụng bởi lệnh USS_WPM_x để lưu kết quả nhận được từ biến tần MicroMaster Khi lệnh USS_WPM_x hoàn tất thì đầu ra DONE được thiết lập bằng 1 và đầu ra ERROR (byte) chứa kết quả . hạn chế nên quyển thuyết minh không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo tận tình của Thầy Cô giáo và đóng góp của các bạn để quyển thuyết minh hoàn thiện hơn. Chúng. triển mạnh mẽ và đã đạt được những thành tựu rực rỡ, và góp phần rất lớn trong sự phát triển văn minh nhân loại. Để theo kịp sự tiến bộ khoa học nhân loại, Đảng và Nhà Nước ta từ lâu đã coi việc