kb2024

Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1. Đặt vấn đề: Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp hành đặc biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dưới dạng số. các loại động cơ bước được sử dụng ngày càng rộng rãi trong các hệ thống tự động, điều khiển xa và nhiều thiết bị điện tử khác, nổi bật là trong các lĩnh vực sau: điều khiển robot, điều khiển lập trình trong các thiết bị gia công, điều khiển máy dập giấy decal, … v,…v, … Và cũng trong điều khiển chính xác người ta cần những động cơ có thể đạt được độ chính xác cao theo đúng yêu cầu cả về lực và tốc độ. Động cơ bước là một trong những sự lựa chọn tốt để đáp ứng được những yêu cầu trên với khả năng chuyển động chính xác đến từng bước thậm chí là vi bước. Đặc biệt việc điều khiển motor bước được ứng dụng phổ biến trong xí nghiệp, nhà máy phục vụ trong công việc sản xuất hiện nay. Bên cạnh đó việc phát triển các phần mềm ứng dụng cũng ngày một cao hơn, đặc biệt với WinCC ( Windows Control Center), đây là phần mềm tích hợp giao diện người và máy IHMI (Integrated Human Machine Interface) đầu tiên cho phép kết hợp phần mềm điều khiển với quá trình tự động hóa, là phần mềm ứng dụng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu của một hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất.Với WinCC, người sử dụng có thể tạo ra một giao diện điều khiển giúp quan sát mọi hoạt động của quá trình tự động hóa một cách dễ dàng. Việc sử dụng những bộ điều khiển lập trình PLC riêng lẻ không đáp ứng yêu cầu điều khiển của một hệ thống Scada, cần phải kết hợp thêm các bộ hiển thị HMI (Human Machine Interface) giao diện người và máy. Phần mềm này có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều loại PLC của các hãng khác nhau như Siemens, Mítubishi, Allen Bradley,v.v…,nhưng nó đặc biệt truyền thông rất tốt với PLC của hãng Siemens.Trong lãnh vực tự động hóa trong công nghiệp, WinCC là một trong những phần mềm HMI chuyên dùng của hãng Siemens để quản lý thu thập dữ liệu và điều khiển quá trình công nghiệp, chương trình dùng để điều hành các nhiệm vụ của màn hình hiển thị và hệ thống điều khiển trong tự động hóa sản xuất. WinCC được cài đặt trên máy tính và giao tiếp vơí PLC thông qua cổng COM1 hoặc COM2 (chuẩn RS- 232) của máy tính. Do đó, cần phải có một bộ chuyển đổi từ chuẩn RS-232 sang chuẩn RS-485 của PLC. WinCC còn có đặc tính mở. Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm người sử dụng, tạo nên giao diện người-máy đáp ứng nhu cầu thực tế một cách chính xác. Những nhà cung cấp có thể phát triển ứng dụng của họ thông qua giao diện mở của WinCC như một nền tảng để mở rộng hệ thống. Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 2 Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có qui mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có qui mô toàn công ty như việc tích hợp với những hệ thống cao cấp như MES(Manufacturing Excution System- Hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất)và ERP(Enterprise Resource Planning).WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở qui mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của Siemens có mặt trên toàn thế giới. Đối với S7-300 thì việc kết nối với WinCC một cách dễ dàng nhờ sự tích hợp sẵn. Trong khi thực tế các PLC S7-200 vẫn còn sử dụng nhiều mà WinCC thì không tích hợp sẵn. Vì vậy việc kết nối giữa S7-200 và WinCC phải thông qua phần mềm S7- 200 PC Access để liên kết. Đây cũng là một phần được trình bày trong bài luận văn này. Đề tài mà tôi thực hiện là một ví dụ thực tiển: Mô hình giám sát và điều khiển động cơ bước. Nội dung đề tài bao gồm các vấn đề sau: • Tìm hiểu về S7-200 (CPU 226CN) để lập trình. • Tìm hiểu về WinCC, PC Access. • Thiết kế được mô hình giám sát và điều khiển động cơ bước dùng PLC S7-200 để thực hiện cắt giấy theo một chiều dài định sẵn và có sự giám sát của máy tính. 2. Giới hạn đề tài: Với thời gian gần bảy tuần thực hiện đề tài, cũng như trình độ chuyên môn có hạn nên ở đề tài này chỉ làm: Tìm hiểu về các bộ điều khiển động cơ bước và sử dụng S7-200 (CPU 226CN) để lập trình, tìm hiểu về PC Access, HMI và dùng WinCC để giám sát mô hình cắt giấy tự động. Rất mong nhận được sự góp ý kiến quý thầy cô và các bạn sinh viên để hoàn thiện hơn về về tài này. Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN 1. Giới thiệu sơ lược về PLC S7-200. 1.1 Giới thiệu tổng quát về họ PLC S7. • Họ PLC S7 là một họ PLC mạnh, tốc độ xử lý cao, khả năng quản lý bộ nhớ tốt, kết nối mạng công nghiệp. • Hiện nay họ PLC S7 gốm có S7-200, S7-300, S7-400. • Mỗi một thế hệ PLC lại có nhiều chủng loại CPU khác nhau. • Đối với PLC S7, có thể thực hiện các phép toán lo6gic, đếm, định thời, các thực toán phức tạp và thực hiện truyền thông với các thiết bị khác. Một số thông số kỹ thuật của S7-200 CPU22X. 1.2 Cấu hình vào ra của S7-200 CPU226CN 1.3 Những khái niệm cơ sở của PLC S7-200 Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 4 1.3.1 khái niệm vòng quét của PLC a) Đọc dữ liệu đầu vào: Đọc các trạng thái vật lý ( Input ) vào bộ đệm ảo ( IR – Input Register ). b) Thực thi chương trình: CPU đọc dữ liệu từ IR, thực hiện chương trình phần mềm, kết quả dược lưu lại ở các vùng nhớ thích hợp và bộ đệm ảo đầu ra ( OR – Output Register ). c) Xử lý các yêu cầu truyền thông ( Option ) : nếu có yêu cầu truyền thông xử lý ngắt. d) Tự chuẩn đoán lỗi: CPU kiểm tra lỗi của hệ điều hành trong Rom, các vùng nhớ và các trạng thái làm việc của các module mở rộng. e) Xuất kết quả ở đầu ra : CPU đọc kết quả từ OR, và xuất kết quả ra các cổng vật lý. Một số lưu ý : • Đầu vào số : + Nếu không dùng tính năng I ( Immediately ) thì dữ liệu đầu vào được cập nhật tại bộ đệm ảo. + Nếu dùng tính năng này, chương trình bỏ qua bộ đệm ảo. • Đầu vào tương tự : + Nếu bỏ qua tính năng lọc tương tự, thì chương trình sẽ lấy trực tiếp dữ liệu tại cổng vật lý. + Nếu dùng tính năng này, thì chương trình sẽ đọc các giá trị được lưu lại. Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 5 Mô tả vòng quét : + Mỗi một vòng quét cơ bản của PLC mất từ 3ms – 10ms, tùy thuộc vào số lượng cũng như kiểu lệnh viết trong chương trình. 1/Thời cập nhật bộ đệm đầuvào. 2/ Thời gian thực thi chương trình. 3/ Thời gian xuất kết quả ra cổng vật lý. 1.3.2 Phân chia vùng nhớ trong S7-200 : a. Vùng đệm ảo đầu vào ( I ; I0.0- I15.7 ): • CPU sẽ truy cập các đầu vào vật lý tại đầu mỗi chu kỳ quét và ghi dữ liệu vào bộ đệm ảo. • Định dạng truy cập : b. Vùng đệm ảo đầu ra ( Q ; Q0.0-Q15.7 ): • Cuối mỗi chu kỳ quét, CPU S7-200 sẽ truy cập dữ liệu từ bộ đệm ảo xuất ra các đầu ra vật lý. • Định dạng truy cập : c. Vùng nhớ thời gian ( T ; T0-T255): 3 Thay đổi mức logic đầu vào Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 6 • Vùng nhớ này dùng cho các bộ thời gian của S7-200. Đối với một bộ Timer có hai hình thức truy cập vùng nhớ, truy cập theo Timer bit hoặc Current Value. • Định dạng truy cập : • Tùy theo lệnh sử dụng trong chương trình mà cho phép ta truy cập theo Timer bit hay Current value. d. Vùng nhớ bộ đếm ( C ; C0-C255 ): • Vùng nhớ này dùng cho các bộ đếm của S7-200. Đối với một bộ Counter có hai hình thức truy cập vùng nhớ, truy cập theo Counter bit hoặc Current Value. • Định dạng truy cập : • Tùy theo lệnh sử dụng trong chương trình mà cho phép ta truy cập theo Counter bit hay Current Value. e. Vùng nhớ đặc biệt ( SM ) : • Vùng nhớ này cung cấp các bit truyền thông giữa CPU và chương trình. Các bit này được dùng để lựa chọn và điều khiển một số chức năng đặc biệt của CPU S7-200. • Định dạng truy cập : 1.3.3 Truy cập dữ liệu gián tiếp thông qua con trỏ: Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 7 a. Con trỏ ( Pointer ) : là một ô nhớ có kích thước một từ kép ( double word ) chứa địa chỉ của một ô nhớ khác. Khi ta truy cập vào ô nhớ của con trỏ có nghĩa ta đang đọc địa chỉ của ô nhớ mong muốn. • Có 3 vùng nhớ trong S7-200 cho phép dùng làm con trỏ : V, L, AC1, AC2, AC3. • S7-200 cho phép dùng con trỏ để truy cập các địa chỉ nhớ sau: I, Q, V, M, S, T ( current value ) , C ( current value ). • S7-200 không cho phép dùng con trỏ để truy cập các địa chỉ nhớ AL, AQ, HC, SM, L và địa chỉ dưới dạng bit. • Khi sử dụng cách truy cập dữ liệu thông qua con trỏ, trong S7-200 sử dụng 2 ký tự & và *. + Ký tự &: Dùng để khởi tạo con trỏ. - Ví dụ : MOVD & VB200, AC1. - Chuyển địa chỉ VB200 ( không chuyển nội dung ) vào thanh ghi AC1. Thanh ghi AC1 trở thành con trỏ. + Ký tự * : Dùng để truy cập nội dung ô nhớ có địa chỉ chứa trong con trỏ. - Ví dụ : MOVB *AC1, VB200. - Chuyển nội dung ô nhớ có địa chỉ lưu trong con trỏ AC1 vào ô nhớ có địa chỉ VB200. Ví dụ : b. Lưu ý : Để thay đổi nội dung con trỏ : • Sử dụng lệnh tăng +D ( Tăng từ kép, do con trỏ là một thanh ghi 32 bit). • Nếu truy cập theo byte : Tăng nội dung con trỏ lên 1. • Nếu truy cập theo word : Tăng nội dung con trỏ lên 2. Nếu truy cập theo double word: Tăng nội dung con trỏ lên 4. 1.4 Lựa chọn ngôn ngữ lập trình: Trong S7-200 cho phép lựa chọn 3 ngôn ngữ lập trình : • Ngôn ngữ LADDER ( LAD ). • Ngôn ngữ STL. Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 8 • Ngôn ngữ FBD. Ba ngôn ngữ này về mặt hình thức có thể chuyển đổi lẫn cho nhau. Việc lựa chọn ngôn ngữ lập trình là tùy theo thói quen, sở thích cũng như kinh nghiệm của người sử dụng. 1.4.1 Ngôn ngữ LADDER : • Là ngôn ngữ lập trình đồ họa dựa trên cơ sở sơ đồ trang bị điện, việc kết nối lập trình đồ họa giống với việc thiết lập các sơ đồ relay- contactor. Một chương trình nguồn viết bằng LAD được tổ chức thành các network, mỗi network thực hiện một công việc nhỏ. • S7-200 đọc chương trình từ trên xuống dưới, từ trái qua phải, sau đó lập lại ở vòng quét tiếp theo. Ví dụ ngôn ngữ LADDER: 1.4.2 Ngôn ngữ STL : • Là ngôn ngữ lập trình dưới dạng Text gần giống với lập trình hợp ngữ trong vi điều khiển và vi xử lý, là một ngôn ngữ mạnh cho phép tạo ra một chương trình mà LAD và FBD rất khó tạo ra. Một chương trình viết dưới dạng STL được tổ chức thành các network, mỗi network thực hiện một công việc nhỏ. • S7-200 đọc chương trình từ trên xuống dưới, sau đó lập lại ở vòng quét tiếp theo. Ví dụ ngôn ngữ STL: Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 9 1.4.3 Ngôn ngữ FBD : • Là ngôn ngữ lập trình đồ họa dựa trên cơ sở kết nối các khối hàm, sử dụng các ký hiệu logic giống với đại số boolean. Các hàm toán học phức tạp cũng được thể hiện dưới dạng khối với các đầu vào đầu ra thích hợp. • S7-200 đọc chương trình từ trên xuống dưới, từ trái qua phải, sau đó lập lại ở vòng quét tiếp theo. Ví dụ ngôn ngữ FBD : 2. Giới thiệu về S7-200 PC ACCESS Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 10 S7-200 PC ACCESS được dùng trong luận văn này với mục đích kết nối giữa S7-200 và Wincc, để làm được điều này ta cần tìm hiểu về cách cài đặt và sử dụng của nó như thế nào . 2.1. Cài đặc S7-200 PC Access Các bước thực hiện: Trên thanh Taskbar, chọn All Programs > Run. Hộp thoại Run xuất hiện, chọn nút Browse. Hộp thoại Browse xuất hiện, chọn đường dẫn đến chương trình cài đặt. Chọn file Setup, rồi nhấp Open để mở.