luận văn tốt nghiệp thiết kế hệ thống SCADA dung cho wincc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ NGÀNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ****** Đề tài: Thiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Thiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC GVHD : PHAN NGUYỄN PHỤC QUỐC. SVTH : TRẦN THỊ AN. MSSV : 49700018. Niên Khóa 1997-2002. Lời cảm ơn Lời đầu tiên em chân thành cám ơn thầy Phan Nguyễn Phục Quốc đã trực tiếp hướng dẫn; cung cấp tài liệu, thiết bị và tạo mọi điều kiện để em hồn thành tập luận văn này. Em xin gởi lời cám ơn đến tất cả các thầy cô giáo bộ môn Điều Khiển Tự Động, cũng như các thầy cô khoa Điện-Điện Tử thời gian qua đã truyền đạt và trang bị cho em đầy đủ kiến thức chuẩn bị cho luận văn tốt nghiệp. Tuy đã cố gắng nhiều nhưng do thời gian có hạn, tập luận văn này sẽ không tránh khỏi sai sót, em xin quý thầy cô và độïc giả thông cảm bỏ qua. Em xin tiếp nhận mọi ý kiến. Người thực hiện Sinh viên Trần Thị An Lời mở đầu Lịch sử đã trải qua nhiều giai đoạn, và từng chứng kiến các cuộc Cách Mạng Khoa Học Kỹ Thuật. Nó không những giải phóng sức lao động, mà còn giúp việc sản xuất được tiến triển nhanh chóng, số lượng và chất lượng sản phẩm không ngừng tăng lên, phục vụ cho đời sống nhân loại. Ngày nay, với sự trợ giúp của máy điện tốn, con người đã làm được những việc tưởng chừng như không thể ở vài chục năm trước đây. Hiện nay trong các ngành công nghiệp hiện đại, việc sử dụng máy tính đòi hỏi gần như là tất yếu; chúng giúp cho việc sản xuất hay kiểm tra sản phẩm được dễ dàng, thuận lợi, hạn chế sai số, thất thốt… Người ta có thể không cần phải xuống tận các phân xưởng để theo dõi hay điều chỉnh bằng tay, mà ta hồn tồn có thể điều khiển và thu thập, quản lý dữ liệu ngay tại phòng Điều Khiển Trung Tâm cho các hệ thống Tự Động-hệ thống này gọi chung là hệ thống SCADA. Đi theo một nhánh nhỏ của hệ thống SCADA, em thực hiện việc điều khiển cho bình trộn hố chất dùng ngôn ngữ lập trình S7-300 và WinCC để thiết lập giao diện kết nối điều khiển đối tượng. MỤC LỤC Lời mở đầu. PHẦN 1: PLCS7-300 1 Chương 1: Giới thiệu 2 I. Tổng quan về bộ điều khiển lập trình được 2 1. Bộ điều khiển lập trình được 2 2. Điều khiển nối cứng và điều khiển lập trình được 2 3.Quét chương trình tuần hồn và ảnh các quá trình 3 a. Quét chương trình tuần hồn 3 b. Aûnh các quá trình 3 II. Cấu trúc và phân chia bộ nhớ 4 1.Các module của PLC S7-300 4 a.Module CPU 4 b.Module mở rộng 5 2.Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ 6 a.Kiểu dữ liệu 6 b.Phân chia bộ nhớ 6 c.Tầm địa chỉ tối đa cho các vùng nhớ 7 3.Cấu trúc chương trình 8 a.Lập trình tuyến tính 8 b.Lập trình có cấu trúc 8 Chương 2: Ngôn ngữ lập trình S7-300 11 I. Sử dụng các ô nhớ và cấu trúc thanh ghi trạng thái 11 1. Địa chỉ ô nhớ 11 a. Phần chữ 11 b. Phần số 12 2. Cấu trúc thanh ghi trạng thái 12 II. Các lệnh và phép tốn 16 1. Lệnh nạp chuyển 16 2. Các lệnh tác động vào RLO và ô nhớ 16 3. Các lệnh tác động vào hai thanh ghi ACCU1 và ACCU2 17 a. Nhóm lệnh đảo vị trí bytes 17 b. Nhóm lệnh tăng giảm 17 c. Nhóm lệnh dịch chuyển 18 d. Nhóm lệnh chuyển đổi số BCD và số nguyên 20 e. Nhóm lệnh chuyển đổi số dấu chấm động sang số nguyên 20 f. Nhóm lệnh so sánh 21 g. Nhóm lệnh số học 22 4. Các lệnh điều khiển logic và điều khiển chương trình 23 a. Các lệnh điều khiển logic 23 b. Các lệnh điều khiển chương trình 25 5. Bộ định thời Timer 29 a. Chức năng Timer 29 b. Các ví dụ bằng giản đồ cho từng loại Timer 30 6. Bộ đếm Counter 33 a. Chức năng Counter 33 b. Ví dụ minh họa 34 Chương 3: Thực thi chương trình 35 I. Hoạt động của CPU 35 1. Các vùng nhớ CPU 35 2. Cất chương trình vào CPU 36 3. Định nghĩa các vùng nhớ giữ 36 a. Sử dụng RAM không bốc hơi 37 b. Đặt cấu hình dữ liệu cất trong RAM 38 c. Sử dụng pin backup để giữ dữ liệu 38 4. Hoạt động của CPU 39 a. Chu kỳ quét 39 b. Các chế độ hoạt động 39 c. Các chế độ hoạt động khác 41 II. Các khối logic 42 1. Các khối tổ chức OB 42 2. Các hàm và các khối hàm 48 3. Các khối hệ thống 48 4. Các khối của các CPU của PLC S7-300 49 5. Thực thi chương trình trong OB1 49 a. Hoạt động của OB1 49 b. Dữ liệu cục bộ trong OB1 50 c. Thông tin Start up 50 d. Lớp ưu tiên và chương trình ngắt 51 PHẦN 2: LẬP TRÌNH WINCC 54 Chương 1: Control Center 55 I. Nội dung của Control Center 56 1. Chức năng 56 a. Nhiệm vụ của quản lý dữ liệu 56 b. Nhiệm vụ của Control Center 56 2. Cấu trúc 57 3. Soạn thảo 58 4. Các thành phần của project trong Control Center 58 a. Máy tính 59 b. Quản lý tag 59 c. Các kiểu dữ liệu 63 d. Soạn thảo 65 Chương 2: Các thành phần soạn thảo 66 I. Alarm Logging 66 1. Chức năng 66 a. Nhiệm vụ của Alarm Logging CS 66 b. Nhiệm vụ của Alarm Logging RT 66 2. Khái quát về Alarm Logging 66 a. Thông báo 66 b. Thủ tục thông báo 67 c. Cấu trúc một thông báo 67 d. Tổ chức các thông báo 68 e. Hiển thị các thông báo trong chế độ run timer 68 II. Tag Logging 69 1. Chức năng 69 a. Nhiệm vụ của Tag Logging CS 69 b. Nhiệm vụ của Tag Logging RT 69 c. Thực hiện Tag Logging 70 d. Các kiểu dữ liệu 70 e. Các phương pháp lưu trữ dữ liệu quá trình 71 2. Cấu trúc của Tag Logging CS 75 a. Timers 75 b. Achives 75 c. Trends 77 d. Tables77 III. Graphic Designer 77 1. Chức năng 77 2. Cấu trúc 77 a. Palette đối tượng 78 b. Tab “Property” 81 c. Tab “Event” 81 IV. Global Scripts 82 1. Giới thiệu 82 2. Các hàm dự án 83 3. Các hàm chuẩn 84 a. Các hàm chuẩn có sẵn trong hệ thống 84 b. Các hàm chuẩn lựa chọn 86 4. Các hàm nội 86 V. Report Designer 95 1. Giới thiệu 95 2. Báo cáo 96 a. Báo cáo trong page layout 97 b. Báo cáo trong line layout 98 3. Kết nối Report Layouts với các ứng dụng 98 a. Chọn dữ liệu để phản hồi tài liệu 98 b. Chọn dữ liệu cho cấu hình on-line 102 PHẦN 3: ỨNG DỤNG HỆ SCADA VÀO HỆ THỐNG PHA TRỘN HÓA CHẤT103 Chương 1: Hệ thống Scada 104 Giới thiệu hệ Scada 104 Các đặc tính chính của hệ thống Scada hiện đại 107 Chương 2: Thực hiện chương trình 110 o Giới thiệu về hệ thống pha trộn 110 Giới thiệu tổng quát 110 Hoạt động của hệ thống 110 o Tạo các giao diện kết nối bằng WinCC 114 Các tags và nhóm tag đã tạo trong chương trình 114 Các giao diện cho chương trình 116 a. Màn hình chính 116 b. Màn hình “Giới thiệu” 117 c. Màn hình “Thông tin” 118 d. Màn hình “Điều khiển” 119 e. Màn hình “Mô hình” 120 f. Màn hình “Xem dữ liệu” 121 g. Màn hình “Thu thập” 122 h. Màn hình “Đồ thị” 123 i. Màn hình “Thông báo” 124 o Lập trình cho hệ thống bằng Simatic S7-300 125 Đặc tính thiết bị 125 a. Cấu hình 125 b. Cáp kết nối MPI 126 Giới thiệu chương trình 127 a. Các khối sử dụng trong chương trình 127 b. Phần lập trình 127 Chương 3: Kết quả thực hiện và hướng phát triển đề tài 128 1. Kết quả thực hiện 128 2. Hướng phát triển đề tài 128 PHẦN 1 PHẦN 1 PLC S7-300 Chương 1 : Giới Thiệu Giới Thiệu I. TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ĐƯỢC. Bộ điều khiển lập trình được. Bộ điều khiển lập trình được (Programmable Logic Controller), gọi tắt là PLC, là bộ điều khiển cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển số thông qua ngôn ngữ lập trình để trao đổi thông tin với các PLC khác hoặc với máy tính. Tồn bộ chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FB hoặc FC) và được thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét (scan). PLC chủ yếu bao gồm module CPU, các bộ xử lý và bộ nhớ chương trình, các module xuất/nhập (I/O module), hệ thống bus và khối nguồn cấp điện. Hệ thống tuyến (system bus): là tuyến để truyền các tín hiệu, gồm nhiều đường tín hiệu song song:  Tuyến địa chỉ (address bus): chọn địa chỉ trên các khối khác nhau.  Tuyến dữ liệu (data bus): mang dữ liệu (thí dụ từ IM tới OM).  Tuyến điều khiển (control bus): chuyển, truyền các tín hiệu định thì và điều khiều để đồng bộ các hoạt động trong PLC. Điều khiển nối cứng và điều khiển lập trình được.  Điều khiển nối cứng (Hard_wired control) Trong các hệ thống điều khiển nối cứng, các tiếp điểm cảm biến, các đèn, các công tắc, được nối vĩnh viễn với cái khác. Do đó khi muốn thay đổi lại hệ thống thì phải nối dây lại bộ điều khiển, với hệ thống phức tạp thì việc làm lại này không hiệu quả và tốn kém.  Điều khiển lập trình được (Programmable control) Tuy nhiên trong các hệ thống điều khiển lập trình được thì cấu trúc của bộ điều khiển và nối dây thì độc lập với chương trình. Điều này có nghĩa là các bộ điều khiển chuẩn có thể sử dụng. Thí dụ: các tiếp điểm cảm biến và các cuộn dây điều hành trên máy công cụ được nối trực tiếp vào các đầu nối của bộ điều khiển. Chương trình định nghĩa hoạt động điều khiển được ghi trực tiếp vào bộ nhớ của bộ điều khiển (bộ nhớ chương trình) với sự trợ giúp của bộ lập trình hoặc một máy vi tính. Ta có thể thay đổi chương trình điều khiển bằng cách thay đổi nội dung của bộ nhớ bộ điều khiển, nghĩa là bộ nhớ chương trình, còn phần nối dây bên ngồi thì không bị ảnh hưởng. Đây chính là một trong các điểm thuận lợi quan trọng nhất của bộ điều khiển lập trình được. Quét chương trình tuần hồn và ảnh các quá trình. a. Quét chương trình tuần hồn: Thời gian để cho một lần quét qua tất cả các phát biểu được liệt kê trong chương trình được gọi là thời gian quét (scan timer). Một chu kỳ quét gồm có 4 giai đoạn sau: • Chuyển dữ liệu từ cổng vào tới I. • Thực hiện chương trình. • Chuyển dữ liệu từ Q tới cổng ra. • Truyền thông và kiểm tra nội bộ. Thời gian quét này tùy thuộc vào số lệnh trong chương trình và tùy theo từng loại PLC. Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ như khối OB40, OB80, , chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại. Các khối chương trình này có thể được thực hiện tại mọi thời điểm trong vòng quét chứ không bị gò ép là phải ở trong giai đoạn thực hiện chương trình. b. Aûnh các quá trình:  Aûnh quá trình nhập PII (Process Input Image) Sau khi bắt đầu thời gian theo dõi quét, các trạng thái tín hiệu của tất cả các ngõ vào số trong PLC được quét (dò) và được đưa vào bộ đệm ảnh quá trình nhập PII cho đến khi bắt đầu chu kỳ quét kế tiếp. Trong lúc quét [...]... • Z (zero): nếu kết quả là 0 thì nhảy đến nhãn, còn ngược lại thì thực hiện lệnh kế • N (not zero): nếu kết quả là khác 0 thì nhảy đến nhãn, còn ngược lại thì thực hiện lệnh kế • P (positive): nếu kết quả >0 thì nhảy đến nhãn, còn ngược lại thì thực hiện lệnh kế • M (minus = negative): nếu kết quả . Chọn dữ liệu cho cấu hình on-line 102 PHẦN 3: ỨNG DỤNG HỆ SCADA VÀO HỆ THỐNG PHA TRỘN HÓA CHẤT103 Chương 1: Hệ thống Scada 104 Giới thiệu hệ Scada 104 Các đặc tính chính của hệ thống Scada hiện. phòng Điều Khiển Trung Tâm cho các hệ thống Tự Động -hệ thống này gọi chung là hệ thống SCADA. Đi theo một nhánh nhỏ của hệ thống SCADA, em thực hiện việc điều khiển cho bình trộn hố chất dùng. KHOA TP.HCM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ NGÀNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ****** Đề tài: Thiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Thiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC GVHD : PHAN NGUYỄN PHỤC QUỐC. SVTH : TRẦN THỊ AN. MSSV : 49700018. Niên