Tìm hiểu về PLC s7 1200 thiết kế bài thí nghiệm điều khiển , giám sát nhiệt độ

LỜI NÓI ĐẦU Trong trình đất nước phát triển mạnh mẽ nhiều lĩnh vực kinh tế trị văn hóa xã hội, để trở thành nước công nghiệp hóa đại hóa xứng tầm khu vực vươn quốc tế điện tự động công nghiệp đóng góp phần không nhỏ vào trình xây dựng phát triển Bởi sản phẩm điện tự động công nghiệp sản phẩm mang tính ứng dụng cao, mang lại giá trị lợi ích kinh tế lớn cho xã hội Và đương nhiên để làm việc không nói đến đóng góp quý báu kỹ sư điện tử họ người ngày đêm miệt mài trực tiếp điều khiển vận hành máy móc, dây truyền nhà máy, xí nghiệp để tạo sản phẩm mang lại hiệu kinh tế cao Để đạt mục đích không nói tới đóng góp vô to lớn nhà trường, thầy cô cán nhà trường Bởi nơi, người nuôi dưỡng chắp cánh cho kỹ sư kiến thức chuyên môn kiến thức văn hóa để làm hành trang vững vàng bước vào sống Đặc biệt thầy cô môn điện tự động công nghiệp ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM không ngại khó khăn gian khổ ngày đêm miệt mài nghiên cứu, lao động để truyền đạt cho chúng em kiến thức quý báu Trong suốt trình học tập nghiên cứu trường với cố gắng tìm tòi, học hỏi thân trí cán hướng dẫn thầy Ths Trần Tiến Lương , em chọn đề tài : “Tìm hiểu PLC S7-1200 Thiết kế thí nghiệm điều khiển , giám sát nhiệt độ ” cho đồ án tốt nghiệp Nội dung đồ án gồm chương : - Chương 1: Giới thiệu PLC S7-1200 phần mềm TIA Portal - Chương 2: Giới thiệu phần mềm giám sát WinCC kết nối PC Access - Chương 3: Xây dựng mô hình Sau thời gian tháng , với giúp đỡ giáo viên hướng dẫn - thầy Ths Trần Tiến Lương thầy cô giáo môn , em hoàn thành nội dung đồ án Mặc dù cố gắng trình độ có hạn nên đồ án hạn chế Kính mong thầy cô bạn đóng góp ý kiến để đồ án hoàn thiện Em hy vọng đồ án phần đóng góp công sức nhỏ bé em vào công xây dựng, đổi phát triển đất nước Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực Phạm Văn Tùng CHƯƠNG : GIỚI THIỆU VỀ PLC S7 1200 VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL 1.1 TÌM HIỂU VỀ PLC S7-1200 1.1.1 Giới thiệu PLC S7-1200 Năm 2009, Siemens dòng sản phẩm PLC S7-1200 dùng để thay dần cho PLC S7-200 So với PLC S7-200 PLC S7-1200 có tính trội : - S7-1200 dòng điều khiển logic lập trình (PLC) kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp , tập lệnh mạnh làm cho có giải pháp hoàn hảo cho ứng dụng sử dụng với S7-1200 - S7-1200 bao gồm microprocessor , nguồn cung cấp tích hợp sẵn, đầu vào/ra (DI/DO) Hình 1.1 PLC S7-200 Hình 1.2 PLC S7-1200 - Một số tính bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào CPU PLC S7-1200 chương trình điều khiển : + Tất CPU cung cấp bảo vệ password chống truy cập vào PLC + Tính “know-how protection” để bảo vệ block đặc biệt - S7-1200 cung cấp cổng PROFINET , hỗ trợ chuẩn Ethernet TCP/IP Ngoài ta dùng module truyền thông mở rộng kết nối RS485 RS232 - Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình FBD , LAD SCL Phần mềm tích hợp TIA Portal 11 Siemens - Vậy để làm dự án với S7-1200 cần cài TIA Portal phần mềm bao gồm môi trường lập trình cho PLC thiết kế giao diện HMI 1.1.2 Các module hệ PLC S7-1200 Các module CPU : Các module CPU khác có hình dạng , chức , tốc độ xử lý lệnh , nhớ chương trình khác … PLC S7-1200 có loại sau : Hình 1.3 Modul CPU Sign board PLC SIMATIC S7-1200 : Sign board: SB1223 DC/DC - Digital inputs / outputs - DI x 24 VDC 0.5A - DO 2x24 VDC 0.5A Sign boards : SB1232AQ - Ngõ analog -AO x 12bit +/- 10VDC, – 20mA Hình 1.4 Signal Boards Cards ứng dụng : - CPU tín hiệu để thích ứng với ứng dụng - Thêm điểm kỹ thuật số I/O tương tự với CPU yêu cầu ứng dụng - Kích thước CPU không thay đổi Module xuất nhập tín hiệu số : Hình 1.5 Modul xuất nhập tín hiệu số Module xuất nhập tín hiệu tương tự Hình 1.6 Modul xuất nhập tín hiệu tương tự Module truyền thông Hình 1.7 Modul truyền thông 1.2 LÀM VIỆC VỚI PHẦN MỀM TIA PORTAL 1.2.1 Phần mềm TIA PORTAL Trong tiến trình cải tiến việc thực giải pháp tự động hóa cho công nghiệp, Siemens mở rộng đáng kể môi trường thiết kế, lập trình lĩnh vực Chương trình phần mềm Tự động hóa Tích hợp Toàn diện - TIA Portal cung cấp chương trình thống giúp tránh phải sử dụng giao diện riêng rẽ cho hệ thống thiết kế, lập trình khác Đặc tính giúp đơn giản hóa công việc người lập trình giải pháp tự động truyền động Với phiên TIA Portal V12, điều khiển tự động hệ truyền động công nghiệp cách nhanh chóng hiệu Chẳng hạn, việc chuẩn đoán lỗi hệ thống tích hợp toàn vào chương trình TIA Portal cách thân thiện với người sử dụng, mà có giao diện thống cho toàn hệ thống Hơn nữa, mức độ bảo mật gia tăng giúp bảo vệ chống lại thay đổi không cho phép Hình 1.8 Phần mềm TIA PORTAL V12 Hiện nay, người thiết kế lập trình nhà máy sản xuất phải sử dụng công cụ phần mềm khác để điều khiển máy móc, rôbốt, động Do đó, họ phải tự làm quen với gói phần mềm khác nhau, cập nhật thay đổi thiết kế chương trình, đảm bảo chi tiết không sai lệch Đây khối lượng công việc lớn, chưa kể tới đa dạng loại máy móc ngày tăng Trong đó, TIA Portal tạo môi trường thống để lập trình tất giải pháp tự động qua đó, giảm đáng kể thời gian thiết kế, công sức chi phí Một hệ thống lập trình tự động cho biến tần thường có ứng dụng bơm, thang máy hay hệ thống nghiền, tích hợp vào chương trình TIA Portal Việc chuẩn đoán hệ thống tích hợp hoàn toàn vào TIA Portal qua đó, kích hoạt nhấp chuột, tự thiết kế, lập trình trước Ngoài ra, thông báo lỗi đồng tất giao diện người sử dụng, web servers điều khiển TIA Portal có chức chống lỗi cho biến tần , truyền động công nghiệp Sự kết hợp chương trình TIA Portal với hệ điều khiển mang lại thêm nhiều chức cho môi trường thiết kế, lập trình Đối với vấn đề bảo mật liệu, hệ thống bảo vệ tốt hơn, chống lại chép máy móc truy cập bất hợp pháp Cuối cùng, ngôn ngữ lập trình không tương thích với phiên trước mà hiệu nhiều 1.2.2 SIMATIC STEP Phần mềm Simatic Step7 gói phần mềm lập trình cho tất điều khiển, từ Simatic S7-1200, S7-300 S7-400 tới điều khiển dựa máy tính PC với Simatic Nó tích hợp khái niệm TIA portal (phần mềm sở tích hợp tất phần mềm lập trình cho hệ thống tự động hóa truyền động điện), với trình soạn thảo S7-SCL, S7-Graph, LAD, FBD STL phát triển hoàn toàn Với chức giúp cho việc lập trình hiệu qua chế kéo – thả, tăng tính trực quan lập trình , giúp cho thời gian lập trình rút ngắn, tăng độ xác toán tự động hóa Phần mềm Simatic Step tối ưu hóa trình duyệt SCL cho S7-300/400, S7-1200 việc có sẵn trình soạn thảo SCL ngôn ngữ lập trình thứ cho điều khiển này, hàm ngôn ngữ LAD FBD với S7-1200 chức an toàn sau Simatic Step phát triển để cấu hình, lập trình chuẩn đoán lỗi hệ thống cho tất điều khiển nằm họ Simatic Do phần mềm Simatic Step mang tính hướng đối tượng, quản lý liệu tập trung TIA portal, nên việc thay đổi liệu ứng dụng dự án tự động cập nhật cho tất thiết bị điều khiển hình vận hành Việc truy cập liệu lần vào vị trí tăng khả hiệu dụng trình lập, cải thiện chất lượng dự án giảm lỗi xảy Tất thiết bị phần cứng cấu hình kết nối mạng hoàn toàn trực quan qua “Device and Network View” Các điều khiển, thiết bị giao diện người máy, chí máy tính PC kết nối mạng cách dễ dàng , trực quan Trong chế độ trực tuyến , thông tin chuẩn đoán lỗi hiển thị Phần mềm Simatic Step có phiên Step Basic để lập trình cho điều khiển S7-1200 phiên Step Professional để lập trình cho tất điều khiển họ Simatic bao gồm S7-1200 Trong phiên bao gồm phần mềm Simatic WinCC Basic để lập trình cho hình Basic panels Với phần mềm Step Professional, có gói lựa chọn PID Professional để cấu hình điều khiển, phiên trước bao gồm lựa chọn Standard PID PID Control Modular PID Control Cũng lựa chọn Easy Motion Control Step Safety để lập trình cho điều khiển Fail-safe (F-CPUs) Các dự án tự động hóa tái sử dụng Việc chuyển đổi cấu hình phần cứng mã nguồn cho tất năm ngôn ngữ lập trình S7-SCL, S7-Graph, LAD, FBD STL thực với phiên Simatic Step 1.2.3 Kết nối qua giao thức TCP/IP - Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần kết nối TCP/IP - Để PC SIMATIC S7-1200 giao tiếp với , điều quan trọng địa IP hai thiết bị phải phù hợp với Cách tạo Project Bước 1: Từ hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V12 Bước : Click chuột vào Create new project để tạo dự án Hình 1.9 Tạo dự án TIA Portal Bước : Nhập tên dự án vào Project name sau nhấn create Bước : Chọn configure a device 10 Hình 3.13 Trạm PLC S7-1200 Hình 3.14 Khai báo PLC tags 55 Hình 3.15 Tạo Data Block 56 Hình 3.16 Chọn cấu hình Type of the PG/PC interface PG/PC interface Nạp chương trình cho PLC 57 Hình 3.17 Đổ chương trình xuống CPU Chương trình : 58 59 60 61 3.6 XÂY DỰNG GIAO DIỆN WINCC Hình 3.18 Khởi động chương trình WinCC Hình 3.19 Hộp thoại WinCC Explorer 62 Hình 3.20 Đặt tên cho dự án Hình 3.21 Cửa sổ hình soạn thảo 63 Hình 3.22 Chọn mạng kết nối WinCC PLC Hình 3.23 Giao diện WinCC 64 Giao diện WinCC gồm nút ấn , đèn tín hiệu , điện trở nhiệt đồng hồ hiển thị nhiệt độ Ấn nút Tay nút Tu Dong dùng để chọn chế độ điều khiển hệ thống tay hay tự động Khi chọn chế độ điều khiển tay , ấn nút RoLe On , đèn tín hiệu RoLe sáng , RoLe hoạt động , cấp điện cho điện trở R nhiệt làm nóng lên, giá trị nhiệt độ đồng hồ hiển thị tăng dần Ấn nút RoLe Off , đèn tín hiệu RoLe tắt, RoLe ngừng hoạt động , ngừng cấp điện cho điện trở R nhiệt , giá trị nhiệt độ đồng hồ hiển thị bắt đầu giảm dần Khi chọn chế độ điều khiển tự động , giá trị nhiệt độ đồng hồ hiển thị nhỏ giá trị đặt điện trở R nhiệt cấp điện nóng dần lên Nhiệt độ hiển thị đồng hồ lúc tăng lên vượt giá trị đặt khoảng ∆T ngừng cấp điện cho điện trở nhiệt , đèn tín hiệu RoLe tắt nhiệt độ R nhiệt giảm dần 3.7 KẾT QUẢ Mô hình Hình 3.24 Đấu dây cấp nguồn PLC S7-1200 65 Hình 3.25 Đấu dây cấp nguồn điện trở nhiệt Hình 3.26 Mô hình thí nghiệm 66 Hoạt động : Để hệ thống mô hình bắt đầu hoạt động , ta nhập giá trị nhiệt độ đặt Tsp cần điều khiển điện trở R nhiệt theo mong muốn độ chênh lệch nhiệt độ cho phép ∆T từ máy tính Nhấn nút Chạy , đèn Run sáng PLC S71200 bắt đầu hoạt động Nếu giá trị nhiệt độ T đo từ PT100 nhỏ T sp ∆T cuộn hút rơ le có điện , tiếp điểm thường mở rơ le đóng lại cấp điện cho R nhiệt , làm R nhiệt nóng lên Sau khoảng thời gian , R nhiệt nóng lên vượt giá trị nhiệt độ đặt Tsp + ∆T cuộn hút Rơ le điện , tiếp điểm Rơ le mở ngừng cấp điện cho R nhiệt Ấn nút Dừng , đèn Run tắt đồng thời đèn Stop sáng , thông báo ngừng cấp điện cho điện trở R nhiệt 67 KẾT LUẬN Sau 12 tuần hướng dẫn thầy giáo Th.s Trần Tiến Lương , em hoàn thành đồ án Trong đồ án em nghiên cứu làm vấn đề sau : - Nghiên cứu PLC S7-1200 , phần mềm TIA Portal phần mềm giám sát WinCC , PC Access - Thực việc kết nối giao tiếp phần mềm với máy tính PLC S7-1200 - Thiết kế mô hình viết chương trình điều khiển giám sát nhiệt độ điện trở nhiệt Trong suốt trình thực hiện, em rút nhiều kinh nghiệm cho thân Song trình độ hạn chế nên đồ án em không tránh khỏi thiếu xót , việc điều khiển nhiệt độ mô hình thực theo theo kiểu chế độ On/Off nên độ xác chưa cao Qua em mong nhận góp ý thầy cô bạn để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.s Trần Tiến Lương cho phép em theo đuổi đề tài , giúp đỡ cho em lời khuyên xác đáng em gặp khó khăn Cuối em xin cảm ơn tất thầy cô trang bị cho em kiến thức sở chuyên ngành để em hoàn thành đề tài tốt nghiệp ! Hải Phòng , ngày 12 tháng 11 năm 2013 Sinh viên Phạm Văn Tùng 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Thu Hà - Phạm Quang Huy “Tự động hóa với WinCC” - Nhà xuất Hồng Đức năm 2012 [2] Phạm Xuân Khánh “Thiết bị điều khiển khả trình - PLC ” - Nhà xuất Giáo dục Việt Nam năm 2009 [3] Tăng Văn Mùi “Điều khiển logic lập trình PLC” - Nhà xuất Thống kê năm 2006 Tài liệu Website : [4] http://www.siemens.com.vn [5] http://plcvietnam.com.vn [6] http://codientu.org 69 [...]... thuộc chuyên ngành tự động hóa WinCC là chữ viết tắt của Windows Control Center ( Trung tâm điều khiển chạy trên nền Windows ), nói cách khác, nó cung cấp các công cụ phần mềm để thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như Windows NT hay Windows 200 0, XP, Vista 32bit (Not SP1) Trong dòng các sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứ... cách Phương pháp thích hợp được tự động xác định bởi trạng thái của địa chỉ IP đó : - Gán một địa chỉ IP ban đầu : Nếu PLC S7- 1200 không có địa chỉ IP, IP TOOL sử dụng các chức năng thiết lập chính để cấp phát một địa chỉ IP ban đầu cho PLC S7- 1200 - Thay đổi địa chỉ IP : nếu địa chỉ IP đã tồn tại, công cụ IP TOOL sẽ sửa đổi cấu hình phần cứng (HW config) của PLC S7- 1200 Đổ chương trình xuống CPU :... diện liên kết giữa Wincc và PLC Trong cửa sổ soạn thảo, nhấp chuột phải vào mục Tag Management từ trình đơn sổ xuống chọn Add New Driver Hình 2.5 Chọn mạng kết nối giữa WinCC và PLC Hộp thoại Add New Driver xuất hiện, cho phép chọn mạng kết nối giữa WinCC và PLC Tuỳ theo từng loại PLC mà ta chọn mạng kết nối cho phù hợp 2.1.3 Tạo biến Để tạo kết nối các thiết bị trên một dự án trong WinCC, trước tiên... thông báo: chứa các mục và chức năng như: quá trình, theo dõi hệ thống điều khiển, các ứng dụng • Theo dõi các sự cố : hệ thống Alarm Logging chưa hổ trợ việc theo dõi các sự cố Tuy nhiên , vẫn có thể liệt kê các sự cố như: Tràn bộ phận lưu tr , thông báo về tình trạng máy in, lỗi do Server, sự cố trong quá trình truyền thông quá trình,thông báo nhóm, điều khiển quá trình và lưu trữ a Thủ tục thông báo... liên kết điều khiển ngắt với điều khiển việc lưu trữ thông qua các chu trình - Việc lưu trữ điều khiển quá trình nhận sự thực thi của hệ thống thông báo Biến ( Tags ) :Biến được tạo trong WinCC và phân loại bởi quản lý dữ liệu trong suốt hệ thống Các biến này tượng trưng cho các phép tính toán bên trong, các giá trị giới hạn, kết quả liên kết hoặc các sự kiện của hệ thống đơn giản như thời gian, sử... Tag Tìm và thay thế tag PLC Hình 1.16 Tìm và thay thế tag PLC Ngoài ra còn có một số chức năng sau: 14 - Lỗi tag - Giám sát tag của plc - Hiện / ẩn biểu tượng - Đổi tên tag : Rename tag - Đổi tên địa chỉ tag : Rewire tag - Copy tag từ thư viện Global 1.3 LÀM VIỆC VỚI 1 TRẠM PLC Quy định địa chỉ IP cho module CPU : IP TOOL có thể thay đổi IP address của PLC S7- 1200 bằng 1 trong 2 cách Phương pháp thích... gồm : nhiệt đ , áp suất, tốc đ , thông báo ngắt và công tắc giới hạn Các ngắt : ngắt có thể xảy ra dưới nhiều hình thức, có các dạng ngắt sau: - Các ngắt nhị phân 31 - Ngắt giá trị giới hạn - Ngắt điều khiển thời gian Các chu trình : các chu kỳ thời gian khác nhau được tạo để thu thập và lưu trữ Tạo cơ sở để thu thập dữ liệu trong các hệ thống số (digital) Khi chúng là đầu vào, được cung cấp độ dài... của WinCC, có chức năng như một PLC thực sự 25 Biến ngoại ( External ) : Là biến quá trình, phản ảnh thông tin địa chỉ hệ thống PLC khác nhau Các Tags có thể được lưu trong bộ nhớ PLC hoặc trên các thiết bị khác WinCC kết nối với PLC thông qua các Tags Tạo những nhóm biến ( Groups ) thiết bị : khi dự án có một khối lượng lớn dữ liệu với nhiều biến, có thể nhóm các biến này thành một nhóm biến thích hợp... của WinCC như hiển th , điều khiển, thông báo các trạng thái, các giá trị điều khiển và làm các báo cáo WinCC Complete Package (Viết tắt là RC) : bao gồm bản quyền để xây dựng cấu hình hệ thống (configuration licence) và bản quyền để chạy ứng dụng (Runtime) Các gói này có các phiên bản khác nhau tùy theo số lượng các tham số làm việc (Powertag) mà nó có thể đáp ứng : 12 8, 25 6, 102 4, 65536 Powertag Powertag... khối dữ liệu DB : Global DBs nơi mà tất cả các OB, FB và FC có thể đọc được dữ liệu lưu tr , hoặc có thể tự mình ghi dữ liệu vào DB, và instance DB được gán cho một FB nhất định 20 CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU PHẦN MỀM GIÁM SÁT WINCC VÀ KẾT NỐI PC ACCESS 2.1 PHẦN MỀM GIÁM SÁT WINCC Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục