Thiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC

Thiết Kế Hệ SCADA Dùng 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 GVHD : Thầy PHAN NGUYỄN PHỤC QUỐC SVTH : TRẦN THỊ AN MSSV : 49700018 Niên Khóa 1997-2002 Lời mở đầu Lịch sử trải qua nhiều giai đoạn, chứng kiến Cách Mạng Khoa Học Kỹ Thuật Nó khơng giải phóng sức lao động, mà giúp việc sản xuất tiến triển nhanh chóng, số lượng chất lượng sản phẩm không ngừng tăng lên, phục vụ cho đời sống nhân loại Ngày nay, với trợ giúp máy điện tốn, người làm việc tưởng chừng vài chục năm trước Hiện ngành công nghiệp đại, việc sử dụng máy tính địi hỏi gần tất yếu; chúng giúp cho việc sản xuất hay kiểm tra sản phẩm dễ dàng, thuận lợi, hạn chế sai số, thất thốt… Người ta khơng cần phải xuống tận phân xưởng để theo dõi hay điều chỉnh tay, mà ta hồn tồn điều khiển thu thập, quản lý liệu phòng Điều Khiển Trung Tâm cho hệ thống Tự Động-hệ thống gọi chung hệ thống SCADA Đi theo nhánh nhỏ hệ thống SCADA, em thực việc điều khiển cho bình trộn hố chất dùng ngơn ngữ lập trình S7-300 WinCC để thiết lập giao diện kết nối điều khiển đối tượng MỤC LỤC Lời mở đầu PHẦN 1: PLCS7-300 Chương 1: Giới thiệu .2 I Tổng quan điều khiển lập trình .2 Bộ điều khiển lập trình 2 Điều khiển nối cứng điều khiển lập trình 3.Quét chương trình tuần hồn ảnh trình a Quét chương trình tuần hồn b Aûnh trình II Cấu trúc phân chia nhớ 1.Các module PLC S7-300 .4 a.Module CPU b.Module mở rộng .5 2.Kiểu liệu phân chia nhớ a.Kiểu liệu b.Phân chia nhớ c.Tầm địa tối đa cho vùng nhớ .7 3.Cấu trúc chương trình a.Lập trình tuyến tính b.Lập trình có cấu trúc Chương 2: Ngơn ngữ lập trình S7-300 11 I Sử dụng ô nhớ cấu trúc ghi trạng thái 11 Địa ô nhớ 11 a Phần chữ 11 b Phần số 12 Cấu trúc ghi trạng thái .12 II Các lệnh phép tốn 16 Lệnh nạp chuyển 16 Các lệnh tác động vào RLO ô nhớ .16 Các lệnh tác động vào hai ghi ACCU1 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 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 Các lệnh điều khiển logic điều khiển chương trình 23 a Các lệnh điều khiển logic 23 b Các lệnh điều khiển chương trình 25 Bộ định thời Timer 29 a Chức Timer 29 b Các ví dụ giản đồ cho loại Timer 30 Bộ đếm Counter 33 a Chức Counter 33 b Ví dụ minh họa 34 Chương 3: Thực thi chương trình 35 I Hoạt động CPU .35 Các vùng nhớ CPU .35 Cất chương trình vào CPU 36 Định nghĩa vùng nhớ giữ 36 a Sử dụng RAM không bốc 37 b Đặt cấu hình liệu cất RAM .38 c Sử dụng pin backup để giữ liệu 38 Hoạt động 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 Các khối tổ chức OB 42 Các hàm khối hàm 48 Các khối hệ thống 48 Các khối CPU PLC S7-300 .49 Thực thi chương trình OB1 .49 a Hoạt động OB1 49 b Dữ liệu cục OB1 50 c Thông tin Start up 50 d Lớp ưu tiên chương trình ngắt 51 PHẦN 2: LẬP TRÌNH WINCC 54 Chương 1: Control Center 55 I Nội dung Control Center 56 Chức 56 a Nhiệm vụ quản lý liệu 56 b Nhiệm vụ Control Center 56 Cấu trúc 57 Soạn thảo 58 Các thành phần project Control Center .58 a Máy tính 59 b Quản lý tag 59 c Các kiểu liệu 63 d Soạn thảo 65 Chương 2: Các thành phần soạn thảo 66 I Alarm Logging Chức 66 66 a Nhiệm vụ Alarm Logging CS 66 b Nhiệm vụ Alarm Logging RT 66 Khái quát Alarm Logging 66 a Thông báo 66 b Thủ tục thông báo 67 c Cấu trúc thông báo 67 d Tổ chức thông báo 68 e Hiển thị thông báo chế độ run timer 68 II Tag Logging 69 Chức 69 a Nhiệm vụ Tag Logging CS 69 b Nhiệm vụ Tag Logging RT 69 c Thực Tag Logging 70 d Các kiểu liệu 70 e Các phương pháp lưu trữ liệu trình 71 Cấu trúc Tag Logging CS .75 a Timers 75 b Achives 75 c Trends 77 d Tables 77 III Graphic Designer 77 Chức 77 Cấu trúc 77 a Palette đối tượng 78 b Tab “Property” 81 c Tab “Event” 81 IV Global Scripts 82 Giới thiệu 82 Các hàm dự án 83 Các hàm chuẩn 84 a Các hàm chuẩn có sẵn hệ thống 84 b Các hàm chuẩn lựa chọn .86 Các hàm nội 86 V Report Designer 95 Giới thiệu 95 Báo cáo 96 a Báo cáo page layout 97 b Báo cáo line layout .98 Kết nối Report Layouts với ứng dụng 98 a Chọn liệu để phản hồi tài liệu 98 b Chọn liệu cho cấu hình on-line 102 PHẦN 3: ỨNG DỤNG HỆ SCADA VÀO HỆ THỐNG PHA TRỘN HÓA CHẤT 103 Chương 1: Hệ thống Scada 104 I Giới thiệu hệ Scada II đại 104 Các đặc tính hệ thống Scada 107 Chương 2: Thực chương trình 110 I Giới thiệu hệ thống pha trộn 110 Giới thiệu tổng quát 110 Hoạt động hệ thống 110 II Tạo giao diện kết nối WinCC 114 Các tags nhóm tag tạo chương trình 114 Các giao diện cho chương trình .116 a Màn hình 116 b Màn hình “Giới thiệu” .117 c Màn hình “Thơng tin” .118 d Màn hình “Điều khiển” 119 e Màn hình “Mơ hình” 120 f Màn hình “Xem liệu” 121 g Màn hình “Thu thập” .122 h Màn hình “Đồ thị” 123 i Màn hình “Thơng báo” 124 III Lập trình cho hệ thống 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 chương trình 127 b Phần lập trình .127 Chương 3: Kết thực hướng phát triển đề tài .128 Hướng phát triển đề tài PHẦN PLC S7-300 Kết thực 128 128 Chương : Giới Thiệu I TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ĐƯỢC Bộ điều khiển lập trình Bộ điều khiển lập trình (Programmable Logic Controller), gọi tắt PLC, điều khiển cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển số thông qua ngơn ngữ lập trình để trao đổi thơng tin với PLC khác với máy tính Tồn chương trình điều khiển lưu nhớ PLC dạng khối chương trình (khối OB, FB FC) thực lặp theo chu kỳ vòng quét (scan) PLC chủ yếu bao gồm module CPU, xử lý nhớ chương trình, module xuất/nhập (I/O module), hệ thống bus khối nguồn cấp điện Hệ thống tuyến (system bus): tuyến để truyền tín hiệu, gồm nhiều đường tín hiệu song song:  Tuyến địa (address bus): chọn địa khối khác  Tuyến liệu (data bus): mang liệu (thí dụ từ IM tới OM)  Tuyến điều khiển (control bus): chuyển, truyền tín hiệu định điều khiều để đồng hoạt động PLC Điều khiển nối cứng điều khiển lập trình  Điều khiển nối cứng (Hard_wired control) Trong hệ thống điều khiển nối cứng, tiếp điểm cảm biến, đèn, công tắc, nối vĩnh viễn với khác Do muốn thay đổi lại hệ thống phải nối dây lại điều khiển, với hệ thống phức tạp việc làm lại không hiệu tốn  Điều khiển lập trình (Programmable control) Tuy nhiên hệ thống điều khiển lập trình cấu trúc điều khiển nối dây độc lập với chương trình Điều có nghĩa điều khiển chuẩn sử dụng Thí dụ: tiếp điểm cảm biến cuộn dây điều hành máy công cụ nối trực tiếp vào đầu nối điều khiển Chương trình định nghĩa hoạt động điều khiển ghi trực tiếp vào nhớ điều khiển (bộ nhớ chương trình) với trợ giúp lập trình máy vi tính Ta thay đổi chương trình điều khiển cách thay đổi nội dung nhớ điều khiển, nghĩa nhớ chương trình, cịn phần nối dây bên ngồi khơng bị ảnh hưởng Đây điểm thuận lợi quan trọng điều khiển lập trình Quét chương trình tuần hồn ảnh trình a Quét chương trình tuần hồn: Thời gian lần quét qua tất phát biểu liệt kê chương trình gọi thời gian quét (scan timer) Một chu kỳ quét gồm có giai đoạn sau:  Chuyển liệu từ cổng vào tới I  Thực chương trình  Chuyển liệu từ Q tới cổng  Truyền thông kiểm tra nội Thời gian quét tùy thuộc vào số lệnh chương trình tùy theo loại PLC Nếu sử dụng khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ khối OB40, OB80, , chương trình khối thực vịng qt xuất tín hiệu báo ngắt chủng loại Các khối chương trình thực thời điểm vịng qt khơng bị gị ép phải giai đoạn thực chương trình b Aûnh trình:  Aûnh trình nhập PII (Process Input Image) Sau bắt đầu thời gian theo dõi quét, trạng thái tín hiệu tất ngõ vào số PLC quét (dò) đưa vào đệm ảnh trình nhập PII bắt đầu chu kỳ quét Trong lúc quét chương trình (được bắt đầu cách gọi OB1), trạng thái tín hiệu ngõ vào lấy từ ảnh trình PII  Aûnh trình xuất PIQ (Process Output Image) Nếu chu kỳ quét, trạng thái tín hiệu thiết lập cho hay nhiều ngõ ra, trước hết chúng phải đệm trình xuất PIQ Khi chương trình quét đến phát biểu cuối (BE) khối tổ chức OB1, nội dung ảnh trình xuất PIQ chuyển đến module xuất Aûnh trình xuất/nhập vùng RAM nội mà vị trí nhớ gán cho ngõ vào số ngõ số Các thuận lợi: Việc đệm trạng thái nhập xuất ảnh trình bảo đảm tín hiệu vào mà thay đổi chu kỳ qt khơng thể có hiệu ứng chuỗi chức Hơn nữa, việc đệm trạng thái tín hiệu ngõ vào ngõ giảm thời gian quét truy cập vào nhớ liệu hệ thống cần thời gian nhiều truy cập trực tiếp vào modules xuất/ nhập II CẤU TRÚC VÀ PHÂN CHIA BỘ NHỚ Các module PLC S7-300 Để tăng tính mềm dẻo ứng dụng thực tế mà phần lớn đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu chủng loại tín hiệu vào/ra khác mà điều khiển PLC thiết kế khơng bị cứng hóa cấu hình Chúng chia nhỏ thành module Số module sử dụng nhiều hay tùy thuộc vào tốn, song tối thiểu phải có module module CPU Các module lại module nhận/truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, module chuyên dụng PID, điều khiển động Chúng gọi chung module mở rộng a Module CPU: Module CPU loại module có chứa vi xử lý, hệ điều hành, nhớ, định thời, đếm, cổng truyền thơng có vài cổng vào số Các cổng vào số có module CPU gọi cổng vào onboard Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác Chúng đặt tên theo vi xử lý có module CPU312, module CPU314, module CPU315 Những module sử dụng loại vi xử lý, khác cổng vào/ra onboard khối hàm đặc biệt tích hợp sẵn thư viện hệ điều hành phục vụ việc sử dụng cổng vào onboard phân biệt với tên gọi thêm cụm từ IFM (Intergrated Function Module) Chẳng hạn module CPU312 IFM, module CPU314 Ngồi cịn có loại module với hai cổng truyền thông module CPU315-DP b Module mở rộng: Module mở rộng có loại chính:  PS (Power Supply): Module nguồn ni Có loại: 2A, 5A, 10A  SM (Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:  DI (Digital Input): Module mở rộng cổng vào số  DO (Digital Output): Module mở rộng cổng số  DI/DO: Module mở rộng cổng vào/ra số  AI (Analog Input): Module mở rộng cổng vào tương tự  AO (Analog Output): Module mở rộng cổng tương tự  AI/AO: Module mở rộng cổng vào/ra tương tự  IM (Interface module): Module ghép nối Đây loại module chuyên dụng có nhiệm vụ nối nhóm module mở rộng lại với thành khối quản lý chung module CPU Các module mở rộng gá rack Trên rack gá tối đa module mở rộng (không kể module CPU module nguồn nuôi) Một module CPU S7-300 làm việc trực tiếp với nhiều racks racks phải nối với module IM  FM (Function Module): Module có chức điều khiển riêng, ví dụ module điều khiển động bước, module điều khiển động servo, module PID, module điều khiển vịng kín,  CP (Communication Module): Module phục vụ truyền thông mạng PLC với PLC với máy tính Kiểu liệu phân chia nhớ a Kiểu liệu: Trong chương trình có kiểu liệu sau:  BOOL: với dung lượng bit có giá trị hay ... Trung Tâm cho hệ thống Tự Động -hệ thống gọi chung hệ thống SCADA Đi theo nhánh nhỏ hệ thống SCADA, em thực việc điều khiển cho bình trộn hố chất dùng ngơn ngữ lập trình S7-300 WinCC để thiết lập... 102 PHẦN 3: ỨNG DỤNG HỆ SCADA VÀO HỆ THỐNG PHA TRỘN HÓA CHẤT 103 Chương 1: Hệ thống Scada 104 I Giới thiệu hệ Scada II đại 104 Các đặc tính hệ thống Scada 107 Chương 2: Thực chương... thích Kết = Kết 0 Bảng 1.7: CC1 CC0 sau lệnh logic word  Bit BR (Binary Result) Bit BR tạo liên kết xử lý bit word Đây phương tiện hữu hiệu để diễn dịch kết phép tốn word kết nhị phân đưa kết