Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 và HMI điều khiển giám sát hệ thống

LỜI NÓI ĐẦU Để bước đầu làm quen với công việc của một kĩ sư điện-điện tử là điều khiển, giám sát hệ thống hay một dây chuyền sản xuất, thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, sinh viên k

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200

VÀ HMI ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT HỆ THỐNG

Cán bộ hướng dẫn: ThS BÙI THÚC MINH Sinh viên thực hiện:: LƯƠNG BÌNH CHƠN

Khóa 51

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200

VÀ HMI ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT HỆ THỐNG

Cán bộ hướng dẫn: ThS BÙI THÚC MINH Sinh viên thực hiện:: LƯƠNG BÌNH CHƠN

Khóa 51 (2009 - 2013)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên người nhận xét:

Tên đồ án: Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 và HMI điều khiển, giám sát hệ thống

Họ và tên sinh viên: LƯƠNG BÌNH CHƠN MSSV: 51130155

Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử Hệ: Chính quy Khóa: 51

Ý KIẾN NHẬN XÉT

1 Chất lượng hình thức

2 Chất lượng nội dung

Khánh Hòa, ngày tháng năm 2013

Khánh Hòa, ngày tháng 7 năm 2013

Thư ký Hội đồng Chủ tịch hội đồng

Bằng số Bằng chữ

LỜI NÓI ĐẦU

Để bước đầu làm quen với công việc của một kĩ sư điện-điện tử là điều khiển, giám sát hệ thống hay một dây chuyền sản xuất, thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, sinh viên khoa Điện – Điện tử trường Đại học Nha Trang được nhận đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 và HMI điều khiển, giám sát hệ thống” Việc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của giáo trình “Điều khiển lập trình 1, 2, Thực hành điều khiển lập trình” và một số môn học thuộc lĩnh vực điện công nghiệp khác Trên cơ sở lượng kiến thức đó và kiến thức của một số môn khoa học khác có liên quan, sinh viên sẽ tự thiết kế một hệ thống thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn trong các quá trình công nghệ và được điều khiển, giám sát một cách khoa học Qua việc làm đồ án môn học này, sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu trong việc tra cứu, vận dụng đúng những kiến thức, quy định trong tính toán và thiết

kế, tự nâng cao kĩ năng điều khiển, giám sát hệ thống và nhìn nhận vấn đề một cách chính xác, trực quan hơn

Hệ thống thùng trộn được sử dụng khá rộng rãi với nhiều ứng dụng trong công nghiệp , nông nghiệp , xây dựng….Đồ án tốt nghiệp là cơ hội cho em tiếp xúc, tìm hiểu và đi sâu vào thiết kế một hệ thống dẫn động thực tiễn, cũng là cơ hội giúp em nắm rõ những kiến thức và học thêm được rất nhiều về phương pháp làm việc khi thực hiện thiết kế, đồng thời cũng sử dụng thực tiễn kiến thức đã học đi vào thực tế

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo BÙI THÚC MINH đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 và HMI điều khiển, giám sát hệ thống

Đồ án tập trung nghiên cứu giới thiệu về sản phẩm PLC S7-1200, HMI của hãng Siemens và phần mềm STEP 7 v11 lập trình điều khiển giám sát hệ thống PLC là sản phẩm có khả năng lập trình đã thay thế hoàn toàn các thiết bị điều khiển logic cổ điển, không những thế mà nó còn có khả năng thay thế các thiết bị điều khiển tương tự Các PLC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp S7-1200 là dòng PLC mới của Siemens ngày càng được ứng dụng rộng rãi và thay thế các dòng PLC khác HMI là sản phẩm có khả năng điều khiển, với giao diện màn hình giúp cho ta có cái nhìn trực quan hơn về hệ thống, có thể giám sát quá trình hoạt động qua từng công đoạn

Phần mềm lập trình cho PLC S7-1200 là TIA V11, TIA V11 hỗ trợ mạnh mẽ trong việc lập trình cho PLC các dòng S7-300/400/1200 và ET200 Ngoài ra, phần mềm TIA còn tích hợp thêm lập trình màn hình HMI và tạo giao diện điều khiển từ PC (PC systems)

Đồ án còn thể hiện tính ứng dụng điều khiển giao tiếp thông qua việc điều khiển mô hình trộn và phân loại sơn Mô hình đã thể hiện rõ sự kết nối, giao tiếp giữa PLC S7-1200 – HMI điều khiển và giám sát quá trình hoạt động của mô hình

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU i

TÓM TẮT ĐỒ ÁN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH VẼ vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ix

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1

1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 2

1.4 HƯỚNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 3

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU THIẾT BỊ PLC S7-1200 4

2.1 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH (PLC) 4

2.2 GIỚI THIỆU VỀ HỌ PLC S7-1200 7

2.3 CÁC MODULE CỦA PLC S7-1200 8

2.3.1 Các kiểu CPU của PLC S7-1200 8

2.3.2 Một số Module hỗ trợ họ PLC S7-1200 10

2.3.2.1 Các bảng tín hiệu 11

2.3.2.2 Các Module tín hiệu 12

2.3.2.3 Các Module truyền thông 12

2.4 VÒNG QUÉT CHƯƠNG TRÌNH CỦA PLC 13

2.5 CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH 14

2.5.1 Các khối mã tạo nên cấu trúc chương trình 14

2.5.2 Các kiểu cấu trúc chương trình 15

2.6 CÁC KHỐI OB ĐẶC BIỆT 16

2.7 CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA CPU 17

2.8 BẢO VỆ BẰNG MẬT KHẨU CHO CPU S7-1200 19

2.8.1 Cách thiết lập mật khẩu 19

2.8.2 Cách phục hồi mật khẩu bị mất 20

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU MÀN HÌNH GIÁM SÁT HMI VÀ CÁCH THỨC LẬP TRÌNH 21

3.1 MỘT SỐ LOẠI MÀN HÌNH GIÁM SÁT TRONG CÔNG NGHIỆP 21

3.1.1 Giám sát là gì? 21

3.1.2 Định nghĩa và phân loại HMI 21

3.1.3 Một số loại màn hình Siemen 22

3.1.4 Giới thiệu HMI ứng dụng đồ án và cách kết nối truyền thông phần cứng máy tính, HMI và CPU S7-1200 26

3.1.4.1 Màn hình HMI KTP 600 Basic PN 26

3.1.4.2 Cách kết nối truyền thông phần cứng bao gồm máy tính, HMI và CPU S7-1200 27

3.2 CÁCH THỨC LẬP TRÌNH CHƯƠNG TRÌNH HMI CƠ BẢN 28

CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TIA PORTAL (STEP7 V11) 36

4.1 SƠ LƯỢC VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL 36

4.2 CÁC THAO TÁC CHÍNH KHI SỬ DỤNG PHẦN MỀM .37

4.2.1 Một số cửa sổ chính của phần mềm Step7 37

4.2.2 Xây dựng một Project 42

4.2.2.1 Các cách xây dựng một Project 42

4.2.2.2 Các bước tạo một Project 43

4.3 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH 44

4.3.1 Ngôn ngữ lập trình LAD 45

4.3.2 Ngôn ngữ lập trình FBD 46

4.4 CÁC BƯỚC THÊM THIẾT BỊ MÀN HÌNH HMI TỪ PHẦN MỀM STEP 7 V11 .47

4.5 CÁCH TẢI CHƯƠNG TRÌNH TỪ MỘT CPU TRỰC TUYẾN (ONLINE).52 4.6 CÁC ƯU ĐIỂM CỦA PHẦN MỀM STEP 7 V11 53

CHƯƠNG 5: CÁCH THỨC VẬN HÀNH, GIAO TIẾP THIẾT BỊ PLC S7-1200 KẾT NỐI HMI VÀ LẬP TRÌNH XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG CẢM BIẾN ÁP SUẤT TRONG MÔ HÌNH .54

5.1 CÁCH THỨC GIAO TIẾP KẾT NỐI THIẾT BỊ 54

5.1.1 Cách thức giao tiếp sử dụng PROFINET 54

5.1.2 Giao tiếp HMI – PLC 56

5.1.2.1 Các bước cần thiết trong việc cấu hình truyền thông giữa một HMI và một CPU 56

5.1.2.2 Cấu hình các kết nối mạng logic giữa một HMI và một CPU 57

5.2 CÁCH THỨC ĐỔI ĐỊA CHỈ IP 58

5.2.1 Gán, kiểm tra địa chỉ IP cho thiết bị lập trình trong máy tính 58

5.2.2 Gán, kiểm tra địa chỉ IP cho thiết bị thực 59

5.3 CÁCH THỨC LẬP TRÌNH XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG CẢM BIẾN ÁP

SUẤT TRONG MÔ HÌNH 60

CHƯƠNG 6: GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 67

6.1 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 67

6.2 PHÂN ĐỊA CHỈ VÀO RA 73

6.3 SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC 73

6.4 SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC 74

6.5 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 74

CHƯƠNG 7: TỔNG QUAN MÔ HÌNH, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .89

7.1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH 89

7.1.1 Giới thiệu các thiết bị trong mô hình 89

7.1.1.1 Thiết bị bên trong tủ điện 89

7.1.1.2 Thiết bị bên ngoài 90

7.1.2 Yêu cầu kĩ thuật 92

7.1.2.1 Phương pháp pha chế các màu sơn 92

7.1.2.2 Cơ sở quá trình trộn 93

7.1.2.3 Mức độ đồng đều của sản phẩm 93

7.1.3 Mô hình hệ thống pha màu tự động 94

7.1.4 Giao diện điều khiển HMI và nguyên lý hoạt động của mô hình 98

7.2 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang

Hình 2.1 Các cổng hỗ trợ PLC S7-1200 8

Hình 2.2 Một số module hỗ trợ PLC S7-1200 10

Hình 2.3 Vị trí kết nối bảng tín hiệu (SB) 11

Hình 2.4 Vị trí kết nối module tín hiệu 12

Hình 2.5 Vị trí kết nối module truyền thông 12

Hình 2.6 Các kiểu cấu trúc chương trình 15

Hình 2.7 Chế độ hoạt động của CPU 18

Hình 2.8 Các chế độ thiết lập mật khẩu 19

Hình 3.1 Màn hình KTP 400 BASIC PN 22

Hình 3.2 Màn hình KTP 1000 BASIC PN 23

Hình 3.3 Màn hình KTP 1500 BASIC PN 24

Hình 3.4 Màn hình HMI OP 73 24

Hình 3.5 Màn hình HMI OP 3 25

Hình 3.6 Màn hình HMI TD 200 25

Hình 3.7 Màn hình HMI 6V6643-0DD01-1AX1 26

Hình 3.8 Màn hình HMI TP170A 26

Hình 3.9 Màn hình HMI KTP 600 BASIC PN 27

Hình 3.10 Cổng kết nối PROFINET 28

Hình 4.1 Cửa sổ portal view 37

Hình 4.2 Cửa sổ overview 38

Hình 4.3 Cửa sổ devices & network 39

Hình 4.4 Cửa sổ online & diagnostics 40

Hình 4.5 Cửa sổ main OB1 41

Hình 4.6 Sơ đồ xây dựng project 42

Hình 4.7 Ví dụ lập trình LAD cơ bản 45

Hình 4.8 Minh họa không thể tạo một nhánh tạo dòng tín hiệu theo chiều ngược lại 45 Hình 4.9 Minh họa không thể tạo một nhánh mà có thể gây nên ngắn mạch 46

Hình 4.10 Ví dụ về lập trình FBD 46

Hình 5.1 Kết nối trực tiếp MÁY TÍNH - PLC 54

Hình 5.2 Kết nối trực tiếp HMI - PLC 54

Hình 5.3 Kết nối trực tiếp PLC - PLC 55

Hình 5.4 Kết nối mạng thông qua bộ chuyển mạch ETHERNET 55

Hình 5.5 Kết nối, giao tiếp HMI - PLC 56

Hình 5.6 Các bước vào hộp thoại online & diagnostics 59

Hình 6.1 Sơ đồ mạch động lực 74

Hình 6.2 Sơ đồ kết nối PLC 74

Hình 7.1 CPU 1214C AC/DC/RLY 89

Hình 7.2 Màn hình HMI KTP 600 BASIC PN 89B Hình 7.3 Thiết bị đóng ngắt CB 89

Hình 7.4 Rơ le trung gian 90

Hình 7.5 Cầu chì 90

Hình 7.6 Cảm biến áp suất 90

Hình 7.7 Công tắc hành trình 91

Hình 7.8 Động cơ bơm 91

Hình 7.9 Van xả 91

Hình 7.10 Động cơ trộn 92

Hình 7.11 Mô hình hệ thống pha trộn sơn tự động 94

Hình 7.12 Bồn chứa màu cơ bản và động cơ bơm 94

Hình 7.13 Van xả sơn thành phần 95

Hình 7.14 Bồn định lượng 95

Hình 7.15 Cảm biến áp suất và van xả bồn định lượng 95

Hình 7.16 Bồn chứa và động cơ trộn sơn hỗn hợp 96

Hình 7.17 Các thiết bị trong tủ điện điều khiển 96

Hình 7.18 Màn hình HMI điều khiển mô hình 97

Hình 7.19 Bồn chứa sơn thành phẩm và băng tải chính 97

Hình 7.20 Băng tải phụ và cần gạt 97

Hình 7.21 Giao diện HMI 98

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 2.1 So sánh đặc tính kỹ thuật giữa những hệ thống điều khiển 6

Bảng 2.2 So sánh các kiểu CPU của Plc S7-1200 8

Bảng 2.3 Bảng thông số các MODULE 10

Bảng 2.4 Các cấp độ bảo mật 20

Bảng 4.1 So sánh ngôn ngữ lập trình LAD và FBD .47

Bảng 5.1 Các bước cấu hình truyền thông HMI - PLC 57

Bảng 5.2 Cấu hình kết nối mạng logic HMI - PLC 57

Bảng 6.1 Phân địa chỉ vào ra 73

Bảng 7.1 Tỷ lệ màu cơ bản để trộn màu 92

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

CPU Center Processing Unit Bộ điều khiển trung tâm

PLC Programmable Logic Controller Bộ điều khiển lập trình

DI/DO Digital Input/Digital Output Đầu vào số/Đầu ra số

AI/AO Analog Input/Analog Output Đầu vào tương tự/Đầu ra tương

tự

HMI Human machine interface Giao diện màn hình

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Tự động hóa quá trình công nghiệp ngày nay không còn gì xa lạ đối với các doanh nghiệp sản xuất trong nước Những máy móc, những dây chuyền sản xuất tự động lập trình, điều khiển dùng PLC đã được ứng dụng rất nhiều tại các công ty, xí nghiệp PLC S7-1200 được biết đến là họ PLC mới của Siemens vì thế có nhiều ưu điểm vượt trội so với các thế hệ trước, sẽ dần thay thế các dòng PLC trước đây trong các xí nghiệp, công ty Vậy nên tìm hiểu, nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 đang là vấn đề hết sức cần thiết đối với bộ môn điện công nghiệp ngày nay

Nhưng còn một điều khó khăn là vận hành và giám sát trạng thái hoạt động của

hệ thống đó như thế nào để đạt nhiều hiệu quả Kịp thời khắc phục sự cố hệ thống một cách tối ưu nhất mà không tốn nhiều thời gian xuống nhà máy, xí nghiệp để kiểm tra,

mà người vận hành, quản lý vẫn biết được quá trình hoạt động, làm việc của thiết bị Dây chuyền nào đang hoạt động, dây chuyền nào có sự cố Sự cố đó là gì, ở chỗ nào

để có thể xử lý kịp thời, mang lại sự ổn định trong công việc, góp phần tạo nên thành công cho các xí nghiệp, công ty

Để làm được điều này thì cần một hệ thống điều khiển và giám sát qua các giao diện người với máy, viết tắt là HMI (Human Machine Interface)

Với những tính năng, tiện ích của hệ thống PLC và HMI, nên hiện nay bộ điều khiển này đang được sử dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau Một trong những ngành đang phát triển mạnh mẽ nhất hiện nay đó là ngành xây dựng, và việc ứng dụng PLC vào trong ngành xây dựng là một việc làm sẽ đem lại hiệu quả cao và rất phù hợp, đặc biệt là trong công đoạn pha chế sơn

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Sơn là một trong những nguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng, chủ yếu

là sơn phủ bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt đối tượng sử dụng đồng thời cũng là hình thức trang trí thẩm mỹ, chính vì vậy màu sắc của sơn là một yếu tố quan tâm hàng đầu Đa

số việc pha màu hiện nay trên thị trường đều được thực hiện trên phương pháp thủ

công (tức theo kinh nghiệm) Chính vì vậy độ chính xác không cao, sản phẩm sản xuất

ra đôi khi không theo mong muốn, tỷ lệ phế phẩm nhiều, năng suất thấp, lãng phí sức lao động, thời gian, … Các công ty, doanh nghiệp điều khiển pha màu dùng PLC thì chưa ứng dụng HMI, việc giám sát và điều khiển ít trực quan, thiếu thông tin về quá trình, không đáp ứng được yêu cầu về hiển thị và việc điều khiển nội bộ trở nên phức tạp hơn

Để loại bỏ những nhược điểm trên Cũng như để tạo ra những sản phẩm theo mong muốn, chỉ bằng một thao tác đơn giản, đưa bộ điểu khiển lập trình PLC và màn hình HMI vào điều khiển, giám sát hệ thống Điều này giúp cho người điều khiển chỉ cần đơn giản ấn từng phần của hiển thị HMI với các “nút ảo” trên màn hình cảm ứng

để thực hiện hoạt động hay nhận hiển thị Nó cũng loại bỏ yêu cầu có bàn phím, chuột

và gậy điều khiển Mô hình thực hiện cụ thể ở đây là một dây chuyền tự động: “Hệ Thống Pha (trộn) sơn Tự Động”

Mô hình này có thể sử dụng trong hệ thống pha trộn hóa chất và một số lĩnh vực khác như pha chế thực phẩm, …

1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Từ yêu cầu của Đồ án tốt nghiệp, cũng như khả năng về kiến thức và thời gian không cho phép nên em chỉ thực hiện những công việc sau:

 Tìm hiểu mô hình Pha màu trong thực tế

 Tìm hiểu và nghiên cứu PLC S7 – 1200

 Tìm hiểu và lập trình phần mềm TIA Portal v11

 Viết chương trình

 Chạy chương trình trên PLC (CPU 1214C AC/DC/RLy)

 Tìm hiểu HMI, lập trình màn hình HMI

 Cách kết nối truyền thông phần cứng bao gồm máy tính, HMI và CPU S7-1200

 Kết nối, giao tiếp truyền dữ liệu lập trình HMI – PLC

 Thi công mô hình và phần cứng

1.4 HƯỚNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

 Nghiên cứu mô hình hệ thống Pha màu từ các bồn chứa vật liệu cơ bản (các màu cơ bản và thành phần để tổng hợp nên màu cơ bản)

 Ấn định sản xuất một số màu từ các màu cơ bản (xanh, đỏ, vàng)

 Ấn định sản xuất khối lượng được người sử dụng nhập từ giao diện

 Sử dụng giao diện để người sử dụng lựa chọn sản phẩm, khối lượng và tỷ lệ theo các thành phần màu để có một màu theo mong muốn

 Sử dụng các bộ timer và cảm biến để tính thời gian trộn và xả sản phẩm

 Thông qua PLC để tác động đóng mở các van cấp nguyên vật liệu,

máy bơm và điều khiển động cơ khuấy trộn

 Lập trình điều khiển PLC

 Vẽ giao diện về mô hình và bảng điều khiển để dễ dàng trong việc giám sát và điều khiển

 Lập trình màn hình HMI điều khiển giám sát hệ thống

 Kết nối giữa giao diện máy tính, chương trình PLC và HMI thông qua cổng Ethernet

 Thi công mô hình và điều khiển mô hình hoàn toàn hoạt động

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU THIẾT BỊ PLC S7-1200 2.1 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH (PLC)

Thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Controller) là loại thiết bị thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay vì phải thực hiện thuật toán đó bằng mạch số

Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà không cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây, sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng Hơn nữa, chúng ta còn có

ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với những hệ thống truyền thông mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời

Về phần cứng, PLC tương tự như máy tính “truyền thông”, và chúng có các đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp

 Khả năng kháng nhiễu tốt

 Cấu trúc dạng Module cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối thêm Module mở rộng vào/ ra) và thêm chức năng (nối thêm Module chuyên dùng)

 Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra được chuẩn hoá

 Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng – Ladder, Instruction và Funtion Chart, dễ hiểu

và dễ sử dụng

 Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng

Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng rộng rãi trong việc điểu khiển các máy móc công nghiệp và trong điều khiển quá trình (Process – control)

 Tin cậy hơn trong môi trường sản xuất của nhà máy công nghiệp

 Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thước nhỏ hơn mạch rơ – le chức năng tương đương

 Giá thành cạnh tranh

Sự gia tăng những ứng dụng PLC trong công nghiệp đã thúc đẩy các nhà sản xuất hoàn chỉnh các họ PLC với các mức độ khác nhau về khả năng, tốc độ xử lý và hiệu suất Các họ PLC phát triển từ loại làm việc độc lập, chỉ 20 ngõ vào/ ra và dung

lượng bộ nhớ chương trình 500 bước, đến các PLC có cấu trúc Module nhằm dễ dàng

mở rộng thêm khả năng và chức năng chuyên dùng:

 Xử lý tín hiệu liên tục (analog)

 Điều khiển động cơ servo, động cơ bước

mở rộng khác như: các cổng mở rộng AI (Analog Input), DI (Digital Input), các thiết

bị hiển thị, các bộ vào

Như vậy, PLC là một bộ điều khiển gọn, nhẹ và dễ trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài (với các PLC khác hoặc máy tính, màn hình ) Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình

và được thực hiện theo chu kỳ của vòng quét (scan)

Có một số thuật ngữ dùng để mô tả điền khiển lập trình:

+ PC Programmable Controller (Anh)

+ PLC Programmable Logic Controller (Mỹ)

+ PBS Programmable Binary Systems (Thụy Điển)

Hai thuật ngữ sau thể hiện bộ điều khiển lập trình làm việc với tín hiệu nhị phân Trong thực tế, tất cả bộ điều khiển trừ bộ điều khiển loại nhỏ đều có khả năng xử

lý tín hiệu analog, nên các thuật ngữ đó không nói lên được hết khả năng của bộ điều khiển lập trình Vì lý do này và một số lý do khác mà thuật ngữ Programmable Controller, viết tắt là PC, thể hiện ý nghĩa tổng quát nhất về bộ điều khiển lập trình Tuy nhiên, để tránh sự hiểu lầm với thuật ngữ máy vi tính cá nhân “PC” thì PLC thường được dùng thay cho PC

Bảng 2.1 So sánh đặc tính kỹ thuật giữa những hệ thống điều khiển Chỉ tiêu so

Mất thời gian thiết kế

Mất nhiều thời gian lập trình

Lập trình và lắp

đặt đơn giản Khả năng điều

Kém – nếu IC được hàn

Kém – có rất nhiều mạch điện tử chuyên dùng

Tốt – các Module được tiêu chuẩn hoá

So sánh đặc tính kỹ thuật giữa những hệ thống điều khiển Theo bảng so sánh, PLC có những đặc điểm về phần cứng và phần mềm làm cho nó trở thành bộ điều khiển công nghiệp được sử dụng rộng rãi

Tóm lại, sự ra đời của PLC cũng như các bộ điều khiển hiện đại khác đã mở ra một thời đại mới trong lĩnh vực tự động hoá Với những khả năng điều khiển phong phú và phức tạp hơn, PLC đã vượt xa các mạch điều khiển cổ điển dùng dây nối và

Relay Các hệ thống dây chuyền sản xuất được điều khiển một các nhịp nhàng hơn, các thiết bị máy móc được điều khiển chính xác hơn

2.2 GIỚI THIỆU VỀ HỌ PLC S7-1200

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200

So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:

- S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200

- S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO)

- Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:

 Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC

 Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình

- S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232

- Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal v11 của Siemens

- Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI

Hình 2.1 Các cổng hỗ trợ PLC S7-1200 1) Bộ phận kết nối nguồn, các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che)

2) Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên

3) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp

4) Bộ phận kết nối PROFINET

2.3 CÁC MODULE CỦA PLC S7-1200

2.3.1 Các kiểu CPU của PLC S7-1200

Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau

Bảng 2.2 So sánh các kiểu CPU của PLC S7-1200

 Bộ nhớ giữ lại  2 kB  2 kB I/O kết hợp cục bộ

 Kiểu số

 Kiểu tương tự

 6 ngõ vào/4 ngõ

ra

 2 ngõ ra

 8 ngõ vào/6 ngõ ra

 2 ngõ ra

 14 ngõ vào/10 ngõ ra

 2 ngõ ra Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)

 3 tại 80 kHz

4

 3 tại 100 kHz và 1 tại 30 kHz

 3 tại 80 kHz và 1 tại 20 kHz

6

 3 tại 100 kHz và 3 tại 30 kHz

 3 tại 80 kHz và 3 tại 20 kHz

3 Cổng Ethernet của CPU

4 Bảng tín hiệu (SB): tối đa là 1, được chèn vào CPU

5 Module tín hiệu (SM) dành cho I/O tương tự hay số: tối đa là 8, được chèn vào trong các khe từ 2 đến 9 (CPU 1214C khởi động 8 SM, CPU 1212C khởi động 2 SM còn CPU 1211C không khởi động CM nào)

Họ PLC S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module

truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác

16 x DC In / 16

x Relay Out Kiểu tương tự 4 x Analog In

Module truyền thông (CM)

 RS 485

 RS 232

2.3.2.1 Các bảng tín hiệu

Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU Người dùng

có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự SB kết nối vào phía trước của CPU

 SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)

 SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự

Hình 2.3 Vị trí kết nối bảng tín hiệu (SB) 1) Các LED trạng thái trên SB

2) Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra

3) Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra

2.3.2.3 Các Module truyền thông

Họ PLC S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng

bổ sung vào hệ thống Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485

 CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông

 Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM khác)

Hình 2.5 Vị trí kết nối Module truyền thông

1) Các LED trạng thái dành cho module truyền thông

2) Bộ phận kết nối truyền thông

2.4 VÒNG QUÉT CHƯƠNG TRÌNH CỦA PLC

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (scan) Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (Block end) Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q đến các cổng ra số Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi

Thời gian cần thiết để PLC thực hiện một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (Scan time) Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tùy thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối dữ liệu được truyền thông trong vòng quét đó Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao

Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt 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 điểm trong vòng quét chứ không bị gò ép là phải ở trong giai đoạn thực hiện chương trình Chẳng hạn nếu một tín hiệu báo ngắt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ tạm dừng công việc truyền thông, kiểm tra, để thực hiện khối chương trình tương ứng với khối tín hiệu báo ngắt đó Với hình thức xử lý tín hiệu ngắt như vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét Do đó, để nâng cao tính thời gian thực cho chương trình điều khiển tuyệt đối không nên viết chương trình xử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong chương trình điều khiển

Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số Ở một

số Module CPU, khi gặp lệnh vào ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra

2.5 CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH

2.5.1 Các khối mã tạo nên cấu trúc chương trình

Khi tạo ra một chương trình người dùng ta chèn các lệnh của chương trình vào trong các khối mã:

 Khối tổ chức (OB), đáp ứng một sự kiện xác định trong CPU và có thể ngắt

sự thực thi của chương trình Mặc định đối với thực thi theo chu trình của chương trình người dùng (OB1) cung cấp cấu trúc cơ bản dành cho chương trình và chỉ là khối mã được yêu cầu đối với chương trình Nếu ta bao hàm các OB khác trong chương trình, các OB này sẽ ngắt sự thực thi của OB1 Các OB khác thực hiện các hàm đặc trưng, ví dụ như cho các tác vụ khởi động, cho việc xử lý các ngắt và lỗi, hay cho việc thực thi mã chương trình đặc trưng tại các khoảng thời gian dừng riêng biệt

 Khối chức năng (FB): là một đoạn chương trình con được thực thi khi nó được gọi từ khối mã khác (OB, FB hay FC) Khối đang gọi chuyển tiếp các thông số đến FB và còn nhận dạng một khối dữ liệu đặc trưng mà khối dữ liệu đó lưu trữ dữ liệu cho lần gọi riêng hay cho giá trị mẫu của FB đó Việc thay đổi DB mẫu cho phép một FB chung điều khiển sự hoạt động của một tổ hợp các thiết bị Ví dụ, một FB có thể điều khiển một vài máy bơm hay van, với các DB mẫu chứa các thông số vận hành riêng biệt của mỗi máy bơm hay van

 Mã chức năng (FC): là một chương trình con mà được thực thi khi nó được gọi từ một khối mã khác (OB, FB hay FC) FC không có một DB mẫu có liên quan Khối đang gọi chuyển tiếp các thông số đến FC Các giá trị ngõ ra từ

FC phải được ghi đến một địa chỉ nhớ hay đến một DB toàn cục

 Khối DB (Data Block): khối dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình Các tham số của khối do người sử dụng đặt Một chương trình ứng dụng có thể có

nhiều khối DB và các khối DB này được phân biệt với nhau bằng số nguyên theo sau nhóm ký tự DB Chẳng hạn như DB1, DB2

Chương trình trong các khối được liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối và chuyển khối Các chương trình con được phép gọi lồng nhau, tức là một chương trình con này gọi một chương trình con khác và từ chương trình con được gọi lại gọi một chương trình con thứ 3

2.5.2 Các kiểu cấu trúc chương trình

Dựa trên các yêu cầu của ứng dụng, ta có thể chọn cấu trúc thẳng còn gọi là lập trình tuyến tính hay cấu trúc kiểu khối kết cấu để tạo ra chương trình

 Chương trình thẳng thực thi tất cả các lệnh của tác vụ về tự động theo tuần tự, lệnh này theo sau lệnh kia Thông thường, chương trình thẳng đặt tất cả các lệnh chương trình vào trong OB dành cho việc thực thi theo chu trình của chương trình (OB 1) Loại cấu trúc thẳng chỉ thích hợp cho những bài toán tự động nhỏ, ít phức tạp

 Chương trình khối kết cấu sẽ gọi các khối mã đặc trưng mà khối mã đó thực hiện các tác vụ riêng biệt Để tạo ra một cấu trúc theo khối kết cấu, ta chia tác

vụ thành nhiều tác vụ phụ nhỏ hơn phù hợp với các chức năng về mặt kỹ thuật của tiến trình Mỗi khối mã cung cấp đoạn chương trình cho mỗi tác vụ phụ Ta cấu trúc chương trình bằng cách gọi một trong số các khối mã từ một khối khác Loại lập trình cấu trúc có thể giúp ta giải quyết những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp dễ dàng hơn

Cấu trúc thẳng Cấu trúc khối kết cấu

Hình 2.6 Các kiểu cấu trúc chương trình

2) OB20 (Time Relay Interrupt): Chương trình trong khối OB20 sẽ được thực hiện sau một khoảng thời gian trễ đặt trước kể từ khi gọi chương trình hệ thống SFC32

để đặt thời gian trễ

3) OB35 (Cyclic Interrupt): Chương trình trong khối OB35 sẽ được thực hiện cách đều nhau một khoảng thời gian cố định Mặc định, khoảng thời gian này là 100ms, nhưng ta có thể thay đổi nhờ phần mềm STEP 7

4) OB40 (Hardware Interrupt): Chương trình trong khối OB40 sẽ được thực hiện khi xuất hiện một tín hiệu báo ngắt từ ngoại vi đưa vào CPU thông qua các cổng onboard đặc biệt, hoặc thông qua các module SM, CP, FM

5) OB80 (Cycle Time Fault): Chương trình trong khối OB80 sẽ được thực hiện khi thời gian vòng quét (scan time) vượt quá khoảng thời gian cực đại đã quy định hoặc khi có một tín hiệu ngắt gọi một khối OB nào đó mà khối OB này chưa kết thúc ở lần gọi trước Thời gian quét mặc định là 150 ms

6) OB81 (Power Supply Fault): Chương trình trong khối OB81 sẽ được thực hiện khi thấy có xuất hiện lỗi về bộ nguồn nuôi

7) OB82 (Diagnostic Interrupt): Chương trình trong khối OB82 sẽ được thực hiện khi có sự cố từ các module mở rộng vào/ra Các module này phải là các module

có khả năng tự kiểm tra mình (diagnostic cabilities)

8) OB87 (Communication Fault): Chương trình trong khối OB87 sẽ được thực hiện khi có xuất hiện lỗi trong truyền thông

9) OB100 (Start Up Information): Chương trình trong khối OB100 sẽ được thực hiện một lần khi CPU chuyển từ trạng thái STOP sang RUN

10) OB101 (Cold Start Up Information-chỉ với S7-400): Chương trình trong khối OB101 sẽ được thực hiện một lần khi công tắc nguồn chuyển từ trạng thái OFF sang ON

11) OB121 (Synchronous Error): Chương trình trong khối OB121 sẽ được thực hiện khi CPU phát hiện thấy hàm FC, FB không có trong bộ nhớ

12) OB122 (Synchronous Error): Chương trình trong khối OB122 sẽ được thực hiện khi có lỗi truy nhập module trong chương trình

2.7 CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA CPU

CPU có 3 chế độ hoạt động: chế độ STOP, chế độ STARTUP và chế độ RUN Các LED trạng thái trên mặt trước của CPU biểu thị chế độ hiện thời của sự vận hành

- Trong chế độ STOP, CPU không thực thi chương trình nào, và ta có thể tải xuống một đề án

- Trong chế độ STARTUP, các OB khởi động (nếu có) được thực thi một lần Các sự kiện ngắt không được xử lý cho đến pha khởi động của chế độ RUN

- Trong chế độ RUN, chu kỳ quét được thực thi một cách lặp lại Các sự kiện ngắt có thể xuất hiện và được thực thi tại bất kỳ điểm nào nằm trong pha chu

kỳ chương trình

Ta không thể tải xuống một đề án trong khi đang ở chế độ RUN

CPU có hỗ trợ việc khởi động lại khi đang hoạt động (khởi động “nóng”) để đi vào chế độ RUN Khởi động lại nóng không bao gồm sự đặt lại bộ nhớ Tất cả các hệ thống không có khả năng giữ và dữ liệu người dùng đều được khởi chạy tại một sự khởi động lại nóng Dữ liệu người dùng có khả năng giữ vẫn được giữ nguyên

Một bộ nhớ đặt lại sẽ xóa tất cả các bộ nhớ làm việc, xóa các vùng nhớ có khả năng giữ và không có khả năng giữ, và sao chép bộ nhớ nạp đến bộ nhớ làm việc Một

sự đặt lại bộ nhớ không xóa đi bộ đệm chẩn đoán hay các giá trị được lưu vĩnh viễn của địa chỉ IP

Ta có thể chỉ định chế độ bật nguồn của CPU hoàn thành với phương pháp khởi động lại bằng cách sử dụng phần mềm lập trình Biểu tượng cấu hình này xuất hiện trong mục Device Configuration đối với CPU đang trong khởi động Khi nguồn được

bật, CPU thực hiện một tuần tự các kiểm tra chẩn đoán bật nguồn và khởi chạy hệ thống CPU sau đó sẽ đi vào chế độ bật nguồn tương ứng Tất nhiên các lỗi được phát hiện sẽ ngăn không cho CPU đi vào chế độ RUN CPU hỗ trợ các chế độ bật nguồn sau đây:

 Chế độ STOP

 Chuyển sang chế độ RUN sau một sự khởi động lại nóng

 Chuyển sang chế độ trước đó sau một sự khởi động lại nóng

Trong chế độ RUN, CPU thực hiện các tác vụ được thể hiện như trong hình sau đây:

Hình 2.7 Chế độ hoạt động của CPU STARTUP

A - Xóa vùng nhớ I

B - Khởi chạy các ngõ ra cả với giá trị cuối cùng hay giá trị thay thế

C - Thực thi các OB khởi động

D - Sao chép trạng thái của các ngõ vào vật lý đến vùng nhớ I

E - Lưu trữ bất kỳ các sự kiện ngắt nào vào trong thứ tự để xử lý trong chế độ RUN

F - Kích hoạt việc ghi vùng nhớ Q đến các ngõ ra vật lý

RUN

1 - Ghi bộ nhớ Q đến các ngõ ra vật lý

2 - Sao chép trạng thái các ngõ vào vật lý đến vùng nhớ I

3 - Thực thi các OB chu kỳ chương trình

4 - Thực hiện các chẩn đoán tự kiểm tra

5 - Xử lý các ngắt và truyền thông trong suốt bất kỳ phần nào của chu kỳ quét

2.8 BẢO VỆ BẰNG MẬT KHẨU CHO CPU S7-1200

2.8.1 Cách thiết lập mật khẩu

CPU cung cấp 3 cấp độ bảo mật để hạn chế sự truy cập đến một số chức năng riêng biệt Khi cấu hình cấp độ bảo mật và mật khẩu cho một CPU, ta giới hạn các chức năng và các vùng nhớ mà có thể truy cập không cần nhập vào mật khẩu

Hình 2.8 Các chế độ thiết lập mật khẩu

Để cấu hình mật khẩu ta làm theo các bước sau đây:

Bước 1: Trong mục “Device configuration”, lựa chọn CPU

Bước 2: Trong cửa sổ kiểm tra, lựa chọn thẻ “Properties”

Bước 3: Lựa chọn thuộc tính “Protection” để chọn cấp độ bảo vệ và để nhập vào mật khẩu

Điều kiện mặc định cho CPU là phải không có sự hạn chế nào và không có một

sự bảo vệ bằng mật khẩu nào thì ta mới có thể thiết lập mật khẩu

Sự bảo vệ bằng mật khẩu không áp dụng đến sự thực thi của tập lệnh chương trình người dùng bao gồm các hàm truyền thông

Việc thiết lập mật khẩu chỉ để hạn chế việc truy xuất đến một CPU và một số các chức năng của chương trình Truyền thông PLC đến PLC (sử dụng tập lệnh truyền thông trong các khối mã) sẽ không bị hạn chế bởi cấp độ bảo mật trong CPU Chức năng HMI cũng không bị hạn chế

Bảng 2.4 Các cấp độ bảo mật Cấp độ bảo mật Những sự hạn chế truy cập

No protection Cho phép truy cập hoàn toàn các chức năng vì không có mật khẩu

bảo vệ

Write protection Cho phép đọc, truy cập vào CPU, truy cập HMI và PLC-to-PLC mà

không cần nhập mật khẩu bảo vệ

Mật khẩu sẽ ngăn chặn việc sửa đổi (chương trình) CPU và việc thay đổi chế độ CPU (RUN / STOP)

Ta phải lấy thẻ chuyển ra trước khi thiết lập CPU sang chế độ RUN

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU MÀN HÌNH GIÁM SÁT HMI VÀ CÁCH THỨC LẬP

TRÌNH 3.1 MỘT SỐ LOẠI MÀN HÌNH GIÁM SÁT TRONG CÔNG NGHIỆP

3.1.1 Giám sát là gì

Trong công nghiệp giám sát là quan sát một hệ thống hay một công việc cụ thể nào đó, để biết được trạng thái hoạt động hay sự cố xảy ra trong hệ thống hay công việc đó Ta có thể giám sát trực tiếp hay gián tiếp

Giám sát trực tiếp là người vận hành trực tiếp quan sát các hoạt động hay trạng thái làm việc của hệ thống Công việc này đòi hỏi người vận hành phải tỉnh táo, hơn nữa với một hệ thống sản xuất lớn đòi hỏi phải có nhiều người và tốn rất nhiều thời gian cho công việc giám sát và rất dễ xảy ra sai sót trong việc quan sát

Giám sát gián tiếp là quan sát thông qua các thiết bị ngoại vi được kết nối với dây chuyền sản xuất thông qua quá trình liên kết dữ liệu được cập nhật liên tục Dữ liệu được xử lý so sánh và báo cho người vận hành thông qua việc hiển thị các dữ liệu

âm thanh hay hình ảnh qua các màn hình hiển thị như: máy tính, màn hình hiển thị lập trình được… với việc giám sát gián tiếp này giúp cho người vận hành chỉ cần ngồi trên bàn điều khiển là có thể quan sát một cách tổng quát hệ thống sản xuất của nhà máy, rút ngắn được thời gian quan sát và hạn chế được những sai xót

3.1.2 Định nghĩa và phân loại HMI

HMI (là từ viết tắt của từ Human-Machine-Interface) là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành thiết kế với máy móc thiết bị Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao diện” với một máy móc thì đó là một HMI Ví dụ như cảm ứng trên lò viba là một HMI, hệ thống số điều khiển trên máy giặt, bảng hướng dẫn lựa chọn phần mềm hoạt động từ xa trên TV đều là HMI,…cho phép người dùng theo dõi,

ra lệnh điều khiển toàn bộ hệ thống HMI có giao diện đồ họa, giúp cho người dùng có cái nhìn trực quan về tình trạng của hệ thống

HMI chia làm 2 loại chính:

 HMI trên nền PC và windows/ Mac:Scada

 Ngoài ra còn có một số loại màn hình biến thể khác Mobile HMI dùng cho Palm, Pocket PC

Các thông số đặc trưng của giao diện HMI:

 Số lượng các phím và các phím cảm ứng trên màn hình: khả năng thao tác vận hành

 Độ lớn màn hình: quyết định thông tin cần hiển thị cùng lúc của HMI

 Dung lượng bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, Flash dữ liệu: quyết định số lượng tối đa biến số và dung lượng lưu trữ thông tin

 Số lượng các đối tượng, hàm lệnh mà HMI hỗ trợ

 Các cổng mở rộng: Printer, USB, CF, PCMCIA, PC100

 Chuẩn truyền thông, các giao thức hỗ trợ

3.1.3 Một số loại màn hình Siemen

Do sự trực quan hóa trở thành một thành phần tiêu chuẩn đối với hầu hết các thiết kế máy móc, SIMATIC HMI Basic Panels cung cấp các thiết bị kiểu chạm màn hình dành cho việc điều khiển thuật toán cơ bản và việc giám sát các nhiệm vụ Tất cả các bảng đều có cấp độ bảo vệ IP65 và chứng nhận CE, UL, cULus và NEMA 4x

 Kiểu màu (TFT, 256 màu)

 Màn hình chạm 10 inch với 8 phím tiếp xúc

 Kiểu thẳng đứng hay nằm ngang

máy tính, HMI và CPU S7-1200

3.1.4.1 Màn hình HMI KTP 600 Basic PN

 Màn hình chạm 6 inch với 6 phím tiếp xúc

 Kiểu thẳng đứng hay nằm ngang

Các giao diện PROFINET thành lập các kết nối vật lý giữa một thiết bị lập trình

và một CPU Bởi vì chức năng Auto-Cross-Over được tích hợp bên trong CPU, ta

có thể dùng cáp Ethernet tiêu chuẩn hoặc xuyên chéo để sử dụng kết nối các thiết

bị Hoặc có thể thông qua một bộ chuyển mạch Ethernet để kết nối các thiết bị Thực hiện theo các bước sau đây để tạo ra kết nối phần cứng giữa thiết bị lập trình và một CPU:

1 Lắp đặt CPU

2 Cắm cáp Ethernet vào trong cổng PROFINET được thể hiện dưới đây

3 Kết nối cáp Ethernet đến thiết bị lập trình

4 Sau đó thay đổi IP thiết bị cho phù hợp

1 Cổng PROFINET Hình 3.10 Cổng kết nối PROFINET

3.2 CÁCH THỨC LẬP TRÌNH CHƯƠNG TRÌNH HMI CƠ BẢN

 Các bước sau đây sẽ hướng dẫn chúng ta làm thế nào để lập trình một chương trình HMI đơn giản với một nút nhấn "ON / OFF" tắt mở đèn

Bước 1: Xóa hàng văn bản "Chào mừng " từ màn hình HMI

Bước 2: Tạo một nút nhấn lấy từ thẻ “Elements” của màn hình