Hệ thống điều khiển giám sát

PLC là viết tắt của tiếng Anh: Programmable Logic Controller là một bộ điều khiển logic lập trình được. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic. Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, AllenBradley,MitsubishiElectric, General Electric, Omron, Honeywell...

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

*********

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

ĐỀ TÀI: Xây dựng hệ thống gồm máy tính điều khiển giám sát, trạm

điều khiển cục và hệ thống bơm nước

Sinh viên thực hiện NHÓM 5

2 Nguyễn Văn Thắng MSV 0874040096

4 Nguyễn Văn Tuấn MSV 0874040087

5 Đoàn Thanh Hướng MSV 0874040086

Bộ Công Thương

Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU GIAO BTL HTTDL&DK

Số : …03……

Sinh viên : Nhóm 5 Lớp : CĐ-ĐH Điện 2 – K8

Khoá : K8 Khoa : Công nghệ Kỹ thuật Điện

NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Xây dựng hệ thống gồm máy tính điều khiển giám sát, trạm điều khiển cục và

hệ thống bơm nước

Yêu cầu:

1- Tìm hiểu tổng quan về hệ thống

2- Tính toán thiết kế chi tiết

3- Viết giao diện kết nối PLC và Wincc ( Mở rộng)

BỘ MÔN ĐL&ĐK GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Nguyễn Bá Kha Th.s: Phạm Văn Hùng

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

I - Tìm hiểu về PLC

1.1 Khái quát chung về PLC S7-300

PLC là viết tắt của tiếng Anh: Programmable Logic Controller là một bộ

điều khiển logic lập trình được PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Allen-Bradley,MitsubishiElectric, General

Electric, Omron, Honeywell

1.2 Cấu trúc PLC S7-300

PLC là thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control) là loại

thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình PLC là một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh ( với PLC khác hoặc với máy tính) Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình ( Khối OB, FC hoặc FB) và được thực hiện theo chu

kỳ vòng quét

Hình 1.8 Nguyên lí chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình (PLC)

Để có thể thực hiện được một chươg trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành,

bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển và tất nhiên phải có cổng vào/ ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC cần phải có thêm các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Timer)và những khối hàm chuyên dụng (hình 1.8)

• Các module của PLC S7-300

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 khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không được cứng hoá về cấu hình Chúng được chia nhỏ thành các module Số các module được chia nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, song tối thiểu phải có một module chính là module CPU Các module còn lại là các module nhận/truyền tín hiệu với tín hiệu điều khiển, các module chức năng chuyên dụng như các module PID, điều khiển động cơ Chúng được gọi chung là modul mở rộng Tất cả các module được gá trên những thanh ray (Rack)

Hình 1.9 Cấu trúc một thanh Rack của PLC S7-300

Module CPU

Hình 1.10 Hình ảnh module CPU 312CModul CPU là modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS 485) và có thể còn có một vài cổng vào/ra

số Các cổng vào/ra số có trên modul CPU được gọi là cổng vào/ra onboard.

Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau Nói chung chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như modul 312, modul 314, modul 315

Những modul cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ cho việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được

phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ cái IFM (Intergrated

Function Module) Ví dụ modul 312 IFM, modul 314 IFM

Ngoài ra còn có các loại modul CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán Tất nhiên kèm theo cổng truyền thông thứ hai này là những phần mềm tiện dụng thích hợp cũng đã được cài sẵn trong hệ điều hành Các loại CPU được phân biệt với

những modul CPU khác bằng thêm cụm từ DP (Distributed Port) trong tên gọi Ví

dụ modul 315-DP, 315-2DP

Module mở rộng

Module mở rộng được chia thành 5 loại chính :

Hình 1.11 Hình ảnh thực tế các module mở rộng của PLC S7-300

- Module nguồn – PS ( Power supply)

Có chức năng cung cấp nguồn cho các module của hệ Simatic S7_300 Module nguồn có 3 loại : 2A, 5A, 10A

Nối với hệ thống AC một pha (điện áp vào 120/230 VAC tần số 50/60 Hz)

- Module tín hiệu SM (Signal module)

+ SM (Signal modul): modul mở rộng cổng tín hiện vào/ra bao gồm:

+ DI (digital input): modul mở rộng các cổng vào số Số các cổng vào số mở

rộng có thể là 8, 16, hoặc 32 tuỳ theo từng loại module

+ DO (digital output): modul mở rộng các cổng ra số Số các cổng ra số mở

rộng có thể là 8, 16, hoặc 32 tuỳ theo từng loại modul

+ DI/DO (digital input/digital output): modul mở rộng các cổng vào/ra số Số

các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8vào/8ra, 16vào/16 ra theo từng loại

modul

+ AI (analog input): Modul mở rộng các cổng vào tương tự Về bản chất

chúng chính là các bộ chuyển đổi tương tự số12 bit (AD), tức là mỗi tín hiệu tương tự được chuyển thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 bit Số các cổng vào tương tự có thể là 2,4 hoặc 8 tuỳ từng loại modul

+ AO (analog output): Modul mở rộng các cổng ra tương tự Về bản chất

chúng chính là các bộ chuyển đổi số tương tự (DA) Số các cổng ra tương tự

có thể là 2 hoặc 4 tuỳ từng loại modul

+ AI/AO (analog input/analog output): Modul mở rộng các cổng

vào/ra tương tự Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4vào/4

ra tuỳ từng loại modul

- Module ghép nối IM (Interface module)

Modul ghép nối đây là loại modul chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các modul mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản ly chung bởi modul CPU Thông thường các modul mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack Trên mỗi một rack chỉ có thể gá được nhiều nhất 8 modul mở rộng (không kể modul CPU, modul nguồn nuôi Một modul CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp được với nhiều nhất 4 Racks và các Racks này phải được nối với nhau bằng modul IM

- Module chức năng FM ( Function module)

Modul có chức năng điều khiển riêng, ví dụ như module điều khiển động cơ bước, modul điều khiển động cơ servo, modul PID, modul điều khiển vòng kín

- Module truyền thông CP ( Communication module)

Phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính

1.3 Cách thức PLC thực hiện chương trình

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 đếm ảo Q tới các cổng ra số, vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm soát lỗi

Chuyển dữ liệu từ Truyền thông và

Hình 1.12 vòng quét chương trìnhThời gian cần thiết để PLC thực hiện được 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 thực hiện trong khoảng thời gian như nhau Có vòng quét thực hiện lâu có vòng quét thực hiện nhanh tuỳ 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 các 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 thì tính thời gian thực của chương trình càng cao

1.4 Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ

• Kiểu dữ liệu

Một chương trình ứng dụng S7 – 300 có thể sử dụng các kiểu dữ liệu sau:

- BOOL: Với dung lượng 1 bit và có giá trị là 0 hoặc 1 ( đúng hoặc sai ) Đây là kiểu dữ liệu cho biến hai trị

- BYTE: Gồm 8 bits, thường được dùng để biểu diễn một số nguyên dương trong khoảng từ 0 đến 255 hoặc mã ASCII của một ký tự

- WORD: Gồm 2 bytes để biểu diễn 1 số nguyên dương từ 0 đến 65535

- INT: Cũng có dung lượng là 2 bytes, dùng để biểu diễn số nguyên trong khoảng – 32768 đến 32767

- DINT: gồm 4 bytes, dùng để biểu diễn một số nguyên từ – 2147483648 đến 2147483647

- REAL: gồm 4 byte dùng để biểu diễn một số thực dấu phẩy động

- S5T (hay S5TIME): khoảng thời gian, được tính theo giờ/phút/giây/mini giây

- TOD: Biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây

- DATE: Biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày

- CHAR: Biểu diễn một hoặc nhiều ký tự (nhiều nhất là 4 ký tự)

• Cấu trúc bộ nhớ của CPU

Bộ nhớ của S7–300 được chia làm 3 vùng chính:

- Vùng chứa chương trình ứng dụng

Vùng nhớ chương trình được chia thành 3 miền:

+ OB (Organisation Block ): Miền chứa chương trình tổ chức.

+ FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biến

hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó

+ FB (Function Block): Miền chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm

và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác Các

dữ liệu này phải được xây dựng thành khối dữ liệu riêng (gọi là DB – Data Block)

- Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được chia thành 7 vùng khác nhau bao gồm :

+ I ( Process image input): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số Trước khi

bắt đầu thực hiện chương trình PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất giữ chúng tại vùng nhớ I, thông thường chương trình ứng dụng

không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I

+ Q ( Process image output): Miền bộ nhớ đệm các dữ liệu cổng ra số Kết

thúc giai đoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm

Q tới các cổng ra số Thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới cổng ra mà chỉ chuyển chúng vào bộ nhớ đệm Q

+ M ( Miền các biến cờ ): Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy cập nó theo bit(M) byte(MB), từ (MW) hay từ kép (MD)

+ T : Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer ) bao gồm việc lưu trữ giá trị thời gian đặt trước ( PV - Preset value ) ,giá trị đếm thời gian tức thời ( CV - Current value ) cũng như giá trị logic đầu ra của bộ thời gian

+ C : Miền nhớ phục vụ bộ đếm ( Counter ) bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt trước ( PV - Preset value ),giá trị đếm tức thời (CV - current value ) và giá trị logic đầu ra của bộ đếm

+ PI: Miền địa chỉ cổng vào các module tương tự (I/O: external input ).Các giá trị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ được module đọc và

chuyển tự động theo những địa chỉ Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PI theo từng byte (PIB), từng từ (PIW) hoặc từng kép (PID)

+ PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module tương tự (I/O - external output) Các giá trị theo những địa chỉ này sẽ được module tương tự chuyển tới các cổng

ra tương tự Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PQ theo từng byte (PQB), từng từ kép (PQD).

- Vùng chứa các khối dữ liệu, được chia thành 2 loại:

+DB (Data block) Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối, kích

thước cũng như số lượng, khối do người sử dụng qui định và phù hợp với từng bài toán điều khiển Chương trình có thể truy cập miền này theo từng bit (DBX), byte (DBB), từ (DBW), từ kép (DBD)

+L ( Local data block ): Đây là miền dữ liệu địa phương được các khối

chương trình OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình đã gọi nó Nội dung của một số dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình tương ứng trong OB, FC FB

Miền nhớ này có thể truy nhập từ chương trình theo bit (L), byte (LB), từ kép LD

1.5 Những khối OB đặc biệt

- OB10 (Time of Day Interrupt): Chương trình trong khối OB10 sẽ được thực hiện khi giá trị thời gian của đồng hồ thời gian thực nằm trong một khoảng thời gian đã được quy định Việc quy định khoảng thời gian hay số lần gọi OB10 được thực hiện nhờ chương trình hệ thống SFC28 hay trong bảng tham số của module CPU nhờ phần mềm STEP 7

- 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

- 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 STEP 7

- 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 onbroad đặc biệt, hoặc thông qua các module SM, CP, FM

- 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 thuc ở lần gọi trước Thời gian quét mặc định là 150ms

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

- OB82 (Diagnostic Interrupt): Chương trình trong khối OB82 sẽ được thực hiện 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)

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

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

- OB121 (Synchronous Error): Chương trình trong khối OB121 sẽ được thực hiện khi CPU phát hiện thấy lỗi logic trong chương trhhh đổi sai kiuu dữ liệu hay lỗi truy nhập khối DB, FC, FB không có trong bộ nhớ

A I0.3 // đọc nội dung của I0.3 vào RLO

A I0.4 //kết hợp với nội dung cổng I0.4

= Q0.4

- Lệnh phát sườn lên

Cú pháp FP <toán hạng>

Toán hạng là địa chỉ bit I,Q,M,L,D

- Lệnh phát hiện sườn xuống

- Lệnh so sánh không bằng nhau giữa 2 số thực 32bits

• Một số lệnh chuyển đổi dữ liệu

- Lệnh chuyển đổi BCD thành số nguyên 32 bit

Cú pháp BTD

Lệnh không có toán hạng và thực hiện việc chuyển đổi số BCD có 7 chữ số nằm trong 28 bit đầu của ACCU1 thành số nguyên 32 bit Kết quả được cất giừ vào ACCU1

- Lệnh chuyển đổi số nguyên 32 bit thành số thực

L PIW304 //số đọc được là số nguyên 16 bit

ITD //chuyển đổi thành số nguyên 32 bit

đo với bộ điều khiển: chẳng hạn như đo nhiệt độ

Analog output : Analog output cũng là một phần của module analog Thực chất nó là một bộ biến đổi số - tương tự (D/A) Nó chuyển tín hiệu số ở đầu vào thành tín hiệu tương tự ở đầu ra Dùng để điều khiển các thiết bị với dải đo tương

tự Chẳng hạn như điều khiển Van mở với góc từ 0-100%, hay điều khiển tốc độ biến tần 0-50Hz

Thông thường đầu vào của các module analog là các tín hiệu điện áp hoặc dòng điện Trong khi đó các tín hiệu tương tự cần xử lý lại thường là các tín hiệu không điện như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu lượng, khối lượng Vì vậy người ta cần phải có một thiết bị trung gian để chuyển các tín hiệu này về tín hiệu điện áp hoặc tín hiệu dòng điện – thiết bị này được gọi là các đầu đo hay cảm biến

Để tiện dụng và đơn giản các tín hiệu vào của module Analog Input và tín hiệu

ra của module Analog Output tuân theo chuẩn tín hiệu của công nghiệp.Có 2 loại chuẩn phổ biến là chuẩn điện áp và chuẩn dòng điện

- Điện áp : 0 – 10V, 0-5V, ±5V…

- Dòng điện : 4 – 20 mA, 0-20mA, ±10mA

Trong khi đó tín hiệu từ các cảm biến đưa ra lại không đúng theo chuẩn Vì vậy người ta cần phải dùng thêm một thiết chuyển đổi để đưa chúng về chuẩn công nghiệp

Kết hợp các đầu cảm biến và các thiết bị chuyển đổi này thành một bộ cảm biến hoàn chỉnh , thường gọi tắt là thiết bị cảm biến, hay đúng hơn là thiết đo và chuyểnđổi đo ( bộ transducer)

Hình 1.13 quá trình chuyển đổi ADC (analog to digital conveter)

SM 334 là 1 module tương tự gồm có 4AI và 2AO 12bit có tích hợp bộ chuyển đổi ADC ( analog to digital converter)

Analog Input ( A/D) Các con số Analog Output ( D/A) Các con số

Đầu đo

Thiết bị chuyển đổi

Hình 1.14 Hình ảnh module analog SM334

Hình 1.15 Sơ đồ khối của Module analog SM334

- Kết nối chân M(ana) (chân 15 hoặc 18) với chân mát M của CPU sử dụng dây có tiết diện tối thiểu 1mm

- Nếu 2 chân này không được nối với nhau thì module sẽ tắt ngõ vào lúc này

có giá trị 7HHH Ngõ ra có giá trị bằng 0 Nếu để module hoạt động không được nối mát trong 1 thời gian có thể dẫn tới hư hỏng

- Chiều dài tối đa của cáp là 200m

II - Tìm hiểu về HMI và WINCC

TV đều là HMI,…

Các ưu điểm của HMI

Ưu điểm lớn nhất là trong các máy tính nhúng có hình dạng nhỏ gọn giúp nó thay thế hiển thị 2 đường trên một công cụ thông thường hay trên bộ truyền với một HMI có đầy đủ tính năng

Người điều khiển làm việc trong không gian rất hạn chế tại sản nhà máy Đôi khi không có chỗ cho họ, các công cụ, phụ tùng và HMI cỡ lớn nên họ cần có HMI có thể di chuyển được

- Một số hệ thống HMI

Hình 2.1 HMI điều khiển trực tiếp 1 bộ điều khiển thông qua PROFIBUS

Hình 2.2 HMI điều khiển nhiều bộ điều khiển thông PROFIBUS

Hình 2.3 HMI kết nối với máy chủ thông qua đường truyền

LAN(TCP/IP)

2.2Tìm hiểu về WINCC

WinCC (Window Control Center) là phần mềm tạo dựng hệ SCADA và HMI rất mạnh của hãng SIEMENS hiện đang được dùng phổ biến trên thế giới và Việt Nam WinCC hiện có mặt trong rất nhiều lĩnh vực như sản xuất xi măng, giấy, théo, dầu khí,…

WinCC là một hệ thống điều khiển trung lập có tính công nghiệp và có tính kỹ thuật, hệ thống màn hình hiển thị đồ họa và điều khiển nhiệm vụ trong sản xuất và

tự động hóa quá trình Hệ thống này đưa ra những module chức năng tích hợp công nghiệp cho hiển thị đồ họa, những thông báo, những lưu trữ và những báo cáo Nó

là một trình điều khiển mạnh, nhanh chóng cập nhật các ảnh và những chức năng lưu trữ an toàn, bảo đảm một tính lợi ích cao đem lại cho người vận hành một giao diện trực quan dễ sử dụng, có khả năng giám sát và điều khiển quá trình công nghệ theo chế độ thời gian thực

Ngoài những chức năng hệ thống, WinCC đưa ra những giao diện mở cho các giải pháp của người dùng Những giao diện này làm cho nó có thể tích hợp trong những giải pháp tự động hóa phức tạp, các giải pháp cho công ty mở Sự truy nhập tới cơ sở dữ liệu tích hợp bởi những giao diện chuẩn ODBC và SQL, sự lồng ghép những đối tượng và những tài liệu được tích hợp bởi OLE2.0 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

Để xây dựng được giao diện HMI bằng phần mềm WinCC thì cấu hình phần cứng phải bao gồm thiết bị PLC S7-xxx và cấu hình phần cứng tối thiểu của máy tính cho việc sử dụng phần mềm WinCC và các thiết bị khác phục vụ cho việc truyền thông.

• Các thành phần cơ bản của WinCC

- Communications Drivers : là các driver giúp WinCC có thể thực hiện giao tiếp với các thiết bị theo các tiêu chuẩn khác nhau, ví dụ như theo chuẩn mạng profibus, chuẩn mạng modbus…

- Graphics Designer : là công cụ giúp người dùng tạo các giao diện tương thích với hệ thống thực tế, từ đó người dùng có thể thực hiện các thao tác điều khiển các thiết bị của hệ thống đó

- Tag Logging : là công cụ thực hiện việc lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi, chuẩn bị để hiển thị và lưu trữ các dữ liệu Từ những dữ liệu trên giúp thiết lập các thông báo, các bảng, biểu hoàn chỉnh về giá trị của quá trình

- Alarm Logging : đây là công cụ giúp cung cấp các thông tin về các lỗi phát sinh và trạng thái hoạt động toàn diện của hệ thống Từ công cụ Alarm Logging nó giúp người dùng sớm nhận ra các tình trạng nguy cấp của hệ thống từ đó tránh và giảm thiểu rủi ro, nâng cao chất lượng cho hệ thống

• Nguyên tắc hoạt động của WinCC

Một chương trình của chúng ta sẽ được tạo ra bởi các công cụ soạn thảo ( bao gồm các chương trình Graphic System, Alarm Logging, Archive

System…) Các thông số trong chương trình của ta sẽ được lưu trong vùng nhớ dữ liệu CS (Configuration database)

- Khi runtime, thì phần mềm Runtime sẽ đọc các thông tin từ vùng dữ liệu CS

và Project được khởi động Các giá trị của các biến quá trình sẽ được lưu vào vùng dữ liệu RT (Runtime database) Các biến thực tế này sẽ được đưa đến màn hình giao diện ( tạo bởi Graphics Designer ), đến hệ thống lưu trữ

• Quy trình tạo một project trên WinCC

- Tạo một dự án “project” WinCC mới

Có 3 lựa chọn cho dự án

Single-User Project : Dự án thực hiện trên máy đơn

Multi-User Project

Multi-Client Project

- Chọn PLC hoặc Drivers từ Tag Management

Mục đích : để thiết lập kết nối truyền thông giữa WinCC với các thiết bị (chủ yếu là PLC ) bằng một mạng liên kết chúng với nhau trong việc trao đổi

dữ liệu Mỗi một driver có định dạng *.chn Ví dụ : để liên kết WinCC với

S7-300 ta có thể chọn driver “ SIMATIC S7 Protocol Suite.chn ”, để liên kết

WinCC với S7-200 thông qua mạng Modbus ta có thể chọn driver “Modbus Serial.chn ”…

Sau khi ta chọn Driver, thì mỗi một Driver sẽ xuất hiện các loại cổng kết nối riêng của nó Trong WinCC thì mỗi cổng được gọi là một channel Các cổng này thông thường chỉ định cổng COM của máy tính

Để thêm một kết nối Driver mới, ta chỉ cần nhấp phải chuột vào các cổng kết nối >> chọn New Driver Connection

- Tạo các biến ( Tag )

Để tạo kết nối các thiết bị của một dự án trong WinCC., trước tiên phải tạo các Tags trên WinCC Tags được tạo dưới Tags Management Gồm có Tags nội

- Tạo hình ảnh từ cửa sổ giao diện Graphic Designer

Ta phải tạo một màn hình giao diện cho quá trình điều khiển và giám sát Các tạo một màn hình mới : Right click >> Graphics Designer >> New Picture

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 Lựa chọn thiết bị

2.1.1 Lựa chọn cảm biến áp suất

 Phương pháp đo áp suất

Phương pháp đo áp suất phụ thuộc vào dạng áp suất

1 Đo áp suất tĩnh

- Đo trực tiếp chất lưu thong qua 1 lỗ khoan trên thành bình

- Đo gián tiếp thong qua biến dạng của thành bình dưới tác động của áp suất

2 Đo áp suất động

- Dựa theo nguyên tức chung là đo hiệu suất tổng và áp suất tĩnh

- Có thể đo bằng cách đặt áp suất tổng lên màng trước, đặt áp suất tĩnh lên màng sau của màng đo, tín hiệu đưa ra là đọ chênh lệch giữa áp suất tổng và

áp suất tĩnh

- Áp suất có đơn vị đo là pascal (Pa)

- Trong công nghiệp còn dùng đơn vị đo là bar (1bar= 10^5 Pa)

Công thức xác định

dF: lực tác dụng

dS: diện tích thành ống chị lực tác dụng

 Phương pháp đo mức chất lỏng

Có hai dạng đo: Đo liên tục và xác định theo ngưỡng

Khi đo liên tục biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu còn lại trong bình chứa Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa ra tín hiệu dạng nhị phân cho biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngưỡng có đạt hay không

Có ba phương pháp hay dùng trong kỹ thuật đo và phát hiện mức chất lưu:

- Phương pháp thuỷ tĩnh dùng biến đổi điện.

- Phương pháp điện dựa trên tính chất điện của chất lưu.

- Phương pháp bức xạ dựa trên sự tương tác giữa bức xạ và chất lưu.

 Một số loại cảm biến đo mức chất lưu

* Cảm biến độ dẫn

Các cảm biến loại này dùng để đo mức các chất lưu có tính dẫn điện (độ dẫn điện ~ 50μScm-1) Trên hình giới thiệu một số cảm biến độ dẫn đo mức thông dụng