Đồ Án Điều Khiển Quá Trình

Trong thực tế những chương trình ứng dụng được viết khá dài, làm khó khăn trong việc lập trình ,quản lý ,kiểm tra và xử lý lỗi.. Nguyên lý hoạt động của CPU: Cácthông tin lưu trữ trong b

Ngày 17 tháng 12 năm 2014

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

Tên đề tài: Tìm hiểu PLC s7 200 kết hợp phần mềm Win CC thực hiện giao

diện điều khiển đèn giao thông

Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 5

Lớp-Khóa: Đ2k6

Nội dung đánh giá:

Sản phẩm đạt được

Mức độ hoàn thành

Ghi chú

Kế hoạc h (15 tuần)

Thực hiện

1 Tìm hiểu cơ sở lý thuyết 1 Báo cáo

2 Phân tích đối tượng điều

5 Lựa chọn thiết bị điều

khiển, thiết bị vào, cơ cấu

chấp hành

7 Xây dựng thuật toán điều

môphỏng

LỜI MỞ ĐẦU

Từ khi công nghiệp ra đời, máy móc được đưa vào phục vụ sản xuất, vì vậycon người đã được giải phóng khỏi lao động chân tay rất nhiều Bên cạnh đó,sản phẩm làm ra được tăng lên đáng kể về số lượng và chất lượng được ổn định.Tuy nhiên, cùng với sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật, tự độnghóa trong công nghiệp ra đời, từng bước hình thành và tiến bộ theo sự phát triểncủa nền công nghiệp hiện đại Đây chính là một bước ngoặt lớn thứ hai trongnền sản xuất hàng hóa của con người Con người giờ đây thật sự được giảiphóng khỏi lao động chân tay hay những lao động trong các môi trường độc hại,thay vào đó là những cỗ máy thông minh, làm việc hiệu quả cao

Sự ra đời PLC (Programable Logic Controller) giúp cho việc lập trình với

sự hỗ trợ của máy tính để quản lý hoạt động các hệ thống trong công nghiệp trở nên đơn giản hơn Trong thực tế những chương trình ứng dụng được viết khá dài, làm khó khăn trong việc lập trình ,quản lý ,kiểm tra và xử lý lỗi Vì thế các chương trình con đặc biệt là các biến cục bộ được sử dụng để việc quản lý và kiểm tra nhanh chóng và hiệu quả Và đề tài “ Tìm hiểu PLC s7 200 kết hợp

phần mềm Win CC thực hiện giao diện điều khiển đèn giao thông” để giúp ta

hiểu rõ hơn và ứng dụng thực tế

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng cũng không thể tránh khỏi những hạnchế, thiếu sót Em cũng rất mong nhận được sự phê bình và đóng góp ý kiến từquý thầy cô và bạn bè, để đề tài hoàn thiện hơn

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TÌM HIỂU CHUNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PLC S7-200 5

1.1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỌ PLC S7 – 200 5

1.2 CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỌ PLC S7 – 200 5

1.3 THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH 9

1.4 PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH VỚI PLC 10

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TRÊN STEP7-MICRO/WIN 12

2.1 PHÂN TÍCH ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN 12

2.2 LẬP TRÌNH TRÊN STEP 7 MICROWIN 14

CHƯƠNG III: TẠO ITEMS TRONG PC ACCESS 18

1 GIỚI THIỆU VỀ PC ACCESS 18

2 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH VỚI PC ACCESS 18

CHƯƠNG IV: TẠO GIAO DIỆN TRONG WINCC 20

1 KHỞI ĐỘNG WINCC 20

2 THIẾT KẾ GIAO DIỆN CHO WINCC 21

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN 28

CHƯƠNG I: TÌM HIỂU CHUNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PLC S7-200

1.1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỌ PLC S7 – 200

PLC S7 – 200 là thiết bị điều khiển logic lập trình cỡ nhỏ của hãngSIEMENS cộng hoà liên bang Đức, có cấu trúc kiểu modul và CPU các modul

mở rộng Các modul này được sử dụng cho nhiều các ứng dụng lập trình khácnhau Thành phần cơ bản của S7 – 200 là khối vi xử lý CPU 212, CPU 214 hayCPU 216 Về hình thức bên ngoài, sự khác nhau giữa các loại CPU này nhậnbiết được nhờ đầu vào ra và nguồn cung cấp CPU 212 có 8 cổng vào và 6 cổng

ra và có khả năng mở rộng thêm bằng 2 modul mở rộng CPU 214 có 14 cổng

vào và 10 cổng ra và có khả năng mở rộng thêm bằng 7 modul mở rộng CPU

216 có 24 cổng vào và 16 cổng ra và có khả năng mở rộng thêm bằng 14 modul

bộ PLC thường có các modul sau Modul nguồn (PS) Modul bộ nhớ chươngtrình Modul đơn vị xử lý trung tâm (CPU)

Modul đầu vào, ra Modul ghép nối Modul chức năng phụ

Mỗi modul được ghép thành 1 đơn vị riêng, có phích cắm nhiều chân để cắmvào rút ra được dễ dàng trên trên một panel cơ khí có dạng hộp hoặc bảng

Trên panel có lắp các đường Đường ray nguồn để dẫn nguồn một chiều lấy từđầu ra của modul nguồn PSCN (thường là 24V) đến cung cấp cho các modulkhác Bus liên lạc để trao đổi thông tin giữa các modul với thế giới bên ngoài

1.2.2 Đơn vị xử lý trung tâm CPU

Mỗi một thiết bị PLC chỉ có một modul CPU Có 2 loại đơn vị xử lýtrung tâm CPU Đơn vị xử lý “đơn bit”: thích hợp cho việc xử lý các thao táclogic Do vấn đề thời gian xử lý nên không thực hiện được các chức năng phứctạp Đơn vị xử lý “đa bít’’ Loại này tốc độ xử lý cao hơn vì vậy thích hợp nhiềuvới việc xử lý nhanh chóng các thông tin số và thực hiện các bài toán phức tạp

Sở dĩ đạt được tốc độ cao vì không những nó có thể xử lý theo bít mà còn xử lý

từ bao gồm nhiều bít có thể tới 16 bít Nguyên lý hoạt động của CPU: Cácthông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên tuần tự vì đã được điềukhiển và kiểm soát bởi bộ nhớ chương trình Bộ vi xử lý liên kết các tín hiệu

Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC của hãng

hành

Bộ nhớ chương trình

riêng lẻ lại với nhau theo các qui định từ đó rút ra kết quả là các lệnh cho đầu ra.

Sự thao tác lần lượt của chương trình dẫn đến một thời gian trễ gọi là thời gianquét

1.2.3.2 Vùng nhớ tham số

Hình 1.3: Cấu trúc bộ nhớ S7-200

Miền nhớngoàiEPROM

Dữ liệuTham sốChương trình

Dữ liệuTham sốChương trình

Vùng đốitượng

Dữ liệuTham sốChương trình

Là vùng lưu giữ các tham số như từ khoá, địa chỉ trạm…Cũng giống nhưvùng chương trình, vùng tham số thuộc kiễu đọc ghi được (non - volatile).

1.2.3.3 Vùng nhớ dữ liệu

Vùng nhớ dữ liệu được sử dụng để cất dữ liệu của chương trình bao gồmkết quả các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệmtruyền thông… Một phần của vùng nhớ này (200 byte đầu tiên với CPU 212 và1kbyte đầu tiên với CPU 214) thuộc kiểu ghi được (non - volatile) Vùng nhớ

dữ liệu là miền nhớ động, nó có thể được truy nhập theo từng bit, từng byte hay

từ đơn (word) hoặc từ kép Ghi các dữ liệu kiểu bảng bị hạn chế rất nhiều vì các

dữ liệu kiểu bảng thường chỉ được sử dụng theo những mục đích nhất định.Vùng nhớ dữ liệu lại được chia thành những miền nhớ nhỏ với các công dụngkhác nhau Chúng được kí hiệu bằng những chữ cái đầu tiên của tên tiếng anhđặc trưng cho công dụng của chúng như sau:

V - Variable memory/miền đọc ghi được

I - Input image register/ miền đệm cổng vào

O - Output image register/ miền đệm cổng ra

M - Internal memory bits/ Miền nhớ nội

SM – Special memory bits/ miền nhớ đặc biệt

Tất cả các miền này đều có thể truy nhập được theo từng bít, từng byte hay theo

từ đơn hoặc từ ghép

1.2.3.4 Vùng nhớ đối tượng

Vùng nhớ đối tượng được sử dụng để lưu trữ dữ liệu cho các đối tượnglập trình như giá trị tức thời, giá trị đặc biệt của bộ đếm, hay timer Dữ liệu kiểuđối tượng bao gồm các thanh ghi của timer, bộ đếm, các bộ đếm tốc độ cao, bộđệm vào ra tương tự và các thanh ghi AC (accumulator) Kiểu dữ liệu đối tượng

bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu đối tượng được ghi theo mục đích cần sửdụng của đối tượng đó

1.2.4 Modul đầu vào

Modul có chức năng lấy tín hiệu đưa vào PLC, nó có chứa bộ lọc và bộthích ứng mức năng lượng, một mạch phối ghép có lựa chọn được dùng để ngăncách giải điện của mạch trong và mạch ngoài Phần lớn các modul đầu vào đượcthiết kế để có thể nhận được nhiều đầu vào và nếu thêm đầu vào thì có thể cắmthêm các thẻ đầu vào khác Việc chuẩn đoán hư hỏng sai sót sẽ được thực hiệnmột cách dễ dàng nếu mỗi đầu vào được trang bị một điốt phát quang báo mứctín hiệu đầu vào

1.2.5 Modul đầu ra

Modul đầu ra có cấu tạo giống như modul đầu vào Nó gửi thẳng thôngtin đầu ra đến các phần tử kích hoạt của máy làm việc Vì vậy nhiều modul vào

ra thích hợp với các mạch phối ghép khác nhau đã được cung cấp Điốt phátquang có thể được lắp để quan sát đầu ra giúp cho việc phát hiện những lỗi lắpghép Số lượng đầu ra có thể đồng thời hoạt động, phụ thuộc vào từng loại thiết

bị và có thể hạn chế bởi lý do điện hoặc nhiệt

đó, các chức năng phụ cũng cần thiết hoạt động song song với các chức năngthuần tuý của 1 PLC cơ bản Cũng có khi người ta ghép thêm các thẻ điện tửphụ đặc biệt để tạo ra các chức năng phụ đó Trong các trường hợp này đều phảidùng đến mạch phối ghép

Ghép nối S7 – 200 với máy tính PC thông qua cổng RS 232 cần có cáp nốiPC/PCI với bộ chuyển đổi RS 232/RS 485 S7 – 200 sử dụng cổng truyền thôngnối tiếp RS với phích cắm 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với các thiết bịlập trình khác hoặc các trạm PLC khác Tốc độ truyền của máy lập trình kiểu

Hình 1.4: Sơ đồ chân cổng truyền thông

RS 485

PPI lag 9600 baud Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là 300 đến

38400 baud

1.3 THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH

PLC thực hiện chương trình theo vòng lặp Mỗi vòng lặp được gọi là1vòng quét (scan) Mỗi vòng quét được bắt đầu giai đoạn đọc dữ liệu từ cáccổng vào bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từngvòng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằnglệnh kết thúc (MEND) Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyềnthông tin nội bộ và kiểm tra lỗi Vòng quét kết thúc bằng giai đoạn chuyển cácnội dung của bộ đệm ảo tới đầu ra Như vậy tại các thời điểm thực hiện lệnh vào

ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với các cổng vào ra mà chỉ thôngqua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số Việc truyền thông tin giữa bộđệm ảo với ngoại vi trong giai đoạn 1 và giai đoạn 4 do CPU quản lý Khi gặplệnh vào ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ dừng ngay mọi việc khác, ngay cảchương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng vàora

Hình 1.5: Vòng quét chương trình trong PLC S7 - 200

1.4 PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH VỚI PLC

Có thể lập trình cho PLC S7 – 200 bằng cách sử dụng 1 trong các phầnmềm sau đây STEP7 – Micro/Dos, STEP7 – Micro/Win Những phần mềm nàyđều có thể cài đặt được trên các máy tính lập trình họ PG7xx hay trên các máytính cá nhân PC Các chương trình cho PLC S7 – 200 phải có cấu trúc bao gồm:Chương trình chính (main program) và sau đó là các chương trình con và cácchương trình xử lý ngắt được chỉ ra ở dưới đây Chương trình chính được kếtthúc bằng lệnh MEND Chương trình con là bộ phận của chương trình Các

chương trình con phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính MEND.Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình Nếu cần sử dụngchương trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chương trình chính MEND.Các chương trình con được nhóm lại thành 1 nhóm ngay sau chương trìnhchính Sau đó đến ngay chương trình xử lý ngắt bằng cách viết như vậy, cấutrúc chương trình được rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chương trìnhsau này Có thể do trộn lẫn các chương trình con và chương trình xử lý ngắtđằng sau chương trình chính.

Cách lập trình cho S7 – 200 nói riêng và cho các PLC nói chung của SIEMENSdựa trên 2 phương pháp cơ bản:

- Phương pháp hình thang (Ladder logic) viết tắt là LAD

- Phương pháp liệt kê (Statement List) viết tắt là STL

Nếu chương trình được viết theo kiểu LAD, thiết bị lập trình sẽ tự tạo ra mộtchương trình theo kiểu STL tương ứng Ngược lại không phải mọi chương trìnhđược viết theo kiểu STL cũng có thể chuyển sang dạng LAD

Hình 1.6: Cấu trúc chương trình của PLC S7 – 200

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TRÊN

STEP7-MICRO/WIN 2.1 PHÂN TÍCH ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN

2.1.1 Cấu tạo

Hệ thống đèn giao thông gồm hai cột đèn chính được lắp đặt tại hai đầu của hai làn đường khác nhau ở ngã tư.mỗi một cột đèn gồm 3 đèn: đèn xanh, đèn đỏ,đèn vàng

2.1.2 Nguyên tắc hoạt động

Cơ chế hoạt động của đèn giao thông rất đơn giản:

+ Chế độ hoạt động ngày

- Khi đèn xanh của làn 1 (đx1) được bật sang thì cùng lúc

đó đèn đỏ của làn 2 (đđ2),sau một khoảng thời gian nhất định đx1 tắt,đèn vàng 1(đv1) được bật lên

- Khi đv1 tắt thì đđ2 tắt cùng lúc đó đèn xanh 2(đx2) và đđ1 bật sang

- Lúc đèn vàng 2(đv2) được bật lên thì đx2 tắt, đv2 tắt thì chu kì được lặp lại với đđ2, đx1…

+ Khi chuyển chế độ ban đêm thì đèn vàng sẽ nhấp nháy với chu kì 1 giây

2.1.3 Giản đồ thời gian cho từng đèn

- Với một chu kì đèn bất kì ta có giản đồ thời gian hoạt động của từng đèn như sau: Đầu tiên đèn xanh hướng 1

và đèn đỏ hướng 2, sau đó là đèn vàng hướng 1 và đèn đỏhướng 2, khi chuyển sang đèn đỏ hướng 1 thì sẽ là đèn xanh hướng 2, kế tiếp là đỏ hướng 1 và vàng hướng 2

- Khi hoạt động bình thường

- Khi hoạt động ban đêm

2.2 LẬP TRÌNH TRÊN STEP 7 MICROWIN

1 Vào phần mền lập trình cho S7 200 ta có giao diện như sau:

Click vào file->save(hoặc nhấn ctrl + S) để save file

2 Bảng định địa chỉ cho chương trình

a Bảng định địa chỉ cho đầu vào:

ST

b Bảng định địa chỉ cho đầu ra:

Network 4

Netword 5

Network 6

Network 7

Network 8

CHƯƠNG III: TẠO ITEMS TRONG PC ACCESS

1 GIỚI THIỆU VỀ PC ACCESS

- PC ACCESS là một phần mềm chuyên dụng để kết nối giữa PLC

S7-200 với WINCC

- PC ACCESS có thể báo trạng thái kết liên kết giữa PLC S7-200 và

WINCC

 Nếu là Good thì việc liên kết thành công.

Báo liên kết không tốt

2 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH VỚI PC ACCESS

 Bước 2: Cấu hình cho PC ACCESS

 Sau đó sẽ xuất hiện bảng set PG/PC Interface

Vì cáp sử dụng là PPI nên ta chọn như hình trên

 Bước 3: tạo các Item (File/Import Symbol)

Vào thư mục đã lưu file đã save trong chương trình STEP 7

Sau đó ta tạo được các Item, rồi SAVE lại

Chú ý rằng: các name đã được đặt trong symbol tab tương ứng thì các item

mới được tạo

CHƯƠNG IV: TẠO GIAO DIỆN TRONG WINCC

1 KHỞI ĐỘNG WINCC

 Cách 2: Vào Start/All program/Simatic/Wincc

2 THIẾT KẾ GIAO DIỆN CHO WINCC

a Tạo các tab trong wincc

- Trước tiên ta tạo một project mới:

Sau đó ta điền tên project và lưu lại:

Sau đó xuất hiện giao diện của wincc

 Right Click vào Tab Management/Add New Driver/OPC

Vì muốn liên kết với S7-200 qua PC ACCESS (kiểu OPC) nên ta phải chọn driver OPC.

 Bước tiếp theo, right click vào OPC Groups/system parameter

Sau đó ta quét chọn tất cả các Items và chọn Add Items

- Tiếp theo ta đặt tên trong hộp thoại

- Sau đó ta kiểm tra lại xem các tab đã được add vào chưa

b Thiết kế giao diện trong Graphics Designer

- Right click vào Graphics Designer/New picture

- Ta Rename lại rồi click double.

Các tab đã được tạo trong wincc

Vùng làm việc

Vùng đối tượng cần thao tác

- Ta lấy các Objects trong vùng đối tượng cần làm thao tác tạo giao

diện đèn giao thông

Giao diện thiết lập trình trên Win CC

Chạy mô phổng trên win cc

Bước tiếp theo là rất quan trọng, đó là thiết lập các thuộc tính cho tab

 Đối với đèn:

Vào Property/Flashing /Flashing Background

 Đối với các button

Vào Property/Event/Mouse/Mouse Action/C-Acction

Có 2 cách để Set Tab Bit

 Cách 1: Lập trình trục tiếp bằng lệnh trên cửa sổ lệnh

 Cách 2 : Vào Set/Set Tab Bit

Sau khi ta thiết kế giao diện và cài đặt thuộc tính cho chương trình, ta lưu chương trình lại

Cập nhật liên tục

Màu cần hiển thị

Liên kết tab

Cửa sổ lệnh Cửa sổ lệnh

c CHẠY MÔ PHỎNG TRÊN WINCC

Bước cuối cùng là chạy run time trên wincc để kiển tra.Click vào icon để chạy mô phỏng

Kết quả sau khi mô phỏng

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN

Kết luận sau một thời gian tìm hiểu và thi công có rất nhiều những vấn đềsảy ra khiến chúng em gặp rất nhiều khó khăn… bài làm đã hoàn thành nhưngtrong đó không thể tránh được những sai sót mong các thầy các cô thông cảm

Em xin chân thành cám ơn các thầy các cô trong bộ môn đã giúp đỡ emđặc biệt là thầy Đỗ Duy Phú,cô Nguyễn Thị hồng Hạnh,thầy Phạm VănHùng…… đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình làm bài Lời cuối cùng emxin kính chúc sức khỏe tới các thầy các cô chúc các thầy các cô công tác tốt