Đồ Án Điều Khiển Quá Trình

ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 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 Giáo viên hướng dẫn: Phạm Thị Hồng Hạnh Sinh viên thực hiện: ĐÀO ĐÌNH THỊNH Mã sinh viên : 0641040111 Tên đề tài: Tìm hiểu PLC s7 200 kết hợp phần mềm Win CC thực giao diện điều khiển đèn giao thông Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm Lớp-Khóa: Đ2k6 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Nội dung đánh giá: S Ố T T CÁC BƯỚC THỰC HIỆN (Ghi tóm tắt nội dung) THỰC HIỆN Kế Thực Sản hoạc phẩm h đạt (15 tuần) Báo cáo Tìm hiểu sở lý thuyết Phân tích đối tượng điều khiển Báo cáo Báo cáo Phân tích tiêu, chất lượng hệ thống điều khiển Lựa chọn phương pháp điều khiển Báo cáo Báo cáo Báo cáo Báo cáo Lựa chọn thiết bị điều khiển, thiết bị vào, cấu chấp hành Sơ đồ nguyên lý Báo cáo Báo cáo Xây dựng thuật toán điều khiển Viết chương trình 10 Báo cáo 11 Báo cáo 12 Báo cáo 13 mô hình, mô mô hình, mô Báo cáo Lắp đặt thử nghiệm mô 14 10 Nhận xét kết 15 Mức độ hoàn thành Ghi ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH LỜI MỞ ĐẦU Từ công nghiệp đời, máy móc đưa vào phục vụ sản xuất, người giải phóng khỏi lao động chân tay nhiều Bên cạnh đó, sản phẩm làm tăng lên đáng kể số lượng chất lượng ổn định Tuy nhiên, với phát triển vũ bão khoa học kỹ thuật, tự động hóa công nghiệp đời, bước hình thành tiến theo phát triển công nghiệp đại Đây bước ngoặt lớn thứ hai sản xuất hàng hóa người Con người thật giải phóng khỏi lao động chân tay hay lao động môi trường độc hại, thay vào cỗ máy thông minh, làm việc hiệu cao Sự đời PLC (Programable Logic Controller) giúp cho việc lập trình với hỗ trợ máy tính để quản lý hoạt động hệ thống công nghiệp trở nên đơn giản Trong thực tế chương trình ứng dụng viết dài, làm khó khăn việc lập trình ,quản lý ,kiểm tra xử lý lỗi Vì chương trình đặc biệt biến cục sử dụng để việc quản lý kiểm tra nhanh chóng hiệu Và đề tài “ Tìm hiểu PLC s7 200 kết hợp phần mềm Win CC thực giao diện điều khiển đèn giao thông” để giúp ta hiểu rõ ứng dụng thực tế Mặc dù cố gắng nhiều tránh khỏi hạn chế, thiếu sót Em mong nhận phê bình đóng góp ý kiến từ quý thầy cô bạn bè, để đề tài hoàn thiện ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH MỤC LỤC 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 thiết bị điều khiển logic lập trình cỡ nhỏ hãng SIEMENS cộng hoà liên bang Đức, có cấu trúc kiểu modul CPU modul mở rộng Các modul sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác Thành phần S7 – 200 khối vi xử lý CPU 212, CPU 214 hay CPU 216 Về hình thức bên ngoài, khác loại CPU nhận biết nhờ đầu vào nguồn cung cấp CPU 212 có cổng vào cổng có khả mở rộng thêm modul mở rộng CPU 214 có 14 cổng vào 10 cổng có khả mở rộng thêm modul mở rộng CPU 216 có 24 cổng vào 16 cổng có khả mở rộng thêm 14 modul mở rộng ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Hình 1.1: Bộ PLC S7 200 1.2 CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỌ PLC S7 – 200 1.2.1 Cấu hình cứng Để thực chương trình điều khiển, PLC có khả máy tính, nghĩa có vi xử lý (CPU: Center Processing Unit), hệ điều hành, nhờ để lưu giữ chương trình, liệu cổng vào để giao tiếp với thiết bị điều khiển trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Bên cạnh đó, nhằm phục vụ toán điều khiển số, PLC có thêm chức đặc biệt đếm, thời gian khối hàm chuyên dụng Phần cứng có điều khiển khả trình PLC cấu tạo thành modul Một PLC thường có modul sau Modul nguồn (PS) Modul nhớ chương trình Modul đơn vị xử lý trung tâm (CPU) CPU Modul đầu vào, Modul ghép nối Modul chức phụ Bộ nhớ chương trình Khối xử lý trung tâm hệ điều hành Bộ định thời gian Bộ đếm Bộ đếm vào Bít cờ Quản lý ghép Cổng vào Cổng ngắt đếm tốc độ cao Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc bên PLC hãng SIEMENS ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Mỗi modul ghép thành đơn vị riêng, có phích cắm nhiều chân để cắm vào rút dễ dàng trên panel khí có dạng hộp bảng Trên panel có lắp đường Đường ray nguồn để dẫn nguồn chiều lấy từ đầu modul nguồn PSCN (thường 24V) đến cung cấp cho modul khác Bus liên lạc để trao đổi thông tin modul với giới bên 1.2.2 Đơn vị xử lý trung tâm CPU Mỗi thiết bị PLC có modul CPU Có loại đơn vị xử lý trung tâm CPU Đơn vị xử lý “đơn bit”: thích hợp cho việc xử lý thao tác logic Do vấn đề thời gian xử lý nên không thực chức phức tạp Đơn vị xử lý “đa bít’’ Loại tốc độ xử lý cao thích hợp nhiều với việc xử lý nhanh chóng thông tin số thực toán phức tạp Sở dĩ đạt tốc độ cao xử lý theo bít mà xử lý từ bao gồm nhiều bít tới 16 bít Nguyên lý hoạt động CPU: Các thông tin lưu trữ nhớ chương trình gọi lên tuần điều khiển kiểm soát nhớ chương trình Bộ vi xử lý liên kết tín hiệu riêng lẻ lại với theo qui định từ rút kết lệnh cho đầu Sự thao tác chương trình dẫn đến thời gian trễ gọi thời gian quét EPROM Miền nhớ 1.2.3 Bộ nhớ S7 – 200 Bộ nhớ S7 – 200 chia thành vùng nhớ với tụ có nhiệm vụ trì liệu khoản thời gian định nguồn Bộ nhớ S7 – Chương trình Chương trình Chương trình 200 có tính động cao, đọc ghi toàn vùng Tham số Tham số Tham số Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu Vùng đối tượng Hình 1.3: Cấu trúc nhớ S7-200 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 1.2.3.1 Vùng nhớ chương trình Là vùng nhớ dùng để lưu giữ chương trình, vùng thuộc kiểu đọc ghi (non–volatile) Chương trình điều khiển hành lưu trữ nhớ chương trình phận lưu trữ điện từ RAM, PROM hay EPROM Chương trình tạo với giúp đỡ thiết bị lập trình cắm panel PLC Một nguồn điện trì cần thiết cho RAM trường hợp nguồn Người ta cho phép thiết kế thành modul phép thực chức điều khiển có quy mô khác Đồng thời muốn mở rộng nhớ cần cắm thẻ nhớ vào panel PLC 1.2.3.2 Vùng nhớ tham số Là vùng lưu giữ tham số từ khoá, địa trạm…Cũng giống vùng chương trình, vùng tham số thuộc kiễu đọc ghi (non - volatile) 1.2.3.3 Vùng nhớ liệu Vùng nhớ liệu sử dụng để cất liệu chương trình bao gồm kết phép tính, số định nghĩa chương trình, đệm truyền thông… Một phần vùng nhớ (200 byte với CPU 212 1kbyte với CPU 214) thuộc kiểu ghi (non - volatile) Vùng nhớ liệu miền nhớ động, truy nhập theo bit, byte hay từ đơn (word) từ kép Ghi liệu kiểu bảng bị hạn chế nhiều liệu kiểu bảng thường sử dụng theo mục đích định Vùng nhớ liệu lại chia thành miền nhớ nhỏ với công dụng khác Chúng kí hiệu chữ tên tiếng anh đặc trưng cho công dụng chúng sau: V - Variable memory/miền đọc ghi I - Input image register/ miền đệm cổng vào O - Output image register/ miền đệm cổng M - Internal memory bits/ Miền nhớ nội SM – Special memory bits/ miền nhớ đặc biệt ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Tất miền truy nhập theo bít, byte hay theo từ đơn từ ghép 1.2.3.4 Vùng nhớ đối tượng Vùng nhớ đối tượng sử dụng để lưu trữ liệu cho đối tượng lập trình giá trị tức thời, giá trị đặc biệt đếm, hay timer Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm ghi timer, đếm, đếm tốc độ cao, đệm vào tương tự ghi AC (accumulator) Kiểu liệu đối tượng bị hạn chế nhiều liệu kiểu đối tượng ghi theo mục đích cần sử dụng đối tượng 1.2.4 Modul đầu vào Modul có chức lấy tín hiệu đưa vào PLC, có chứa lọc thích ứng mức lượng, mạch phối ghép có lựa chọn dùng để ngăn cách giải điện mạch mạch Phần lớn modul đầu vào thiết kế để nhận nhiều đầu vào thêm đầu vào cắm thêm thẻ đầu vào khác Việc chuẩn đoán hư hỏng sai sót thực cách dễ dàng đầu vào trang bị điốt phát quang báo mức tín hiệu đầu vào 1.2.5 Modul đầu Modul đầu có cấu tạo giống modul đầu vào Nó gửi thẳng thông tin đầu đến phần tử kích hoạt máy làm việc Vì nhiều modul vào thích hợp với mạch phối ghép khác cung cấp Điốt phát quang lắp để quan sát đầu giúp cho việc phát lỗi lắp ghép Số lượng đầu đồng thời hoạt động, phụ thuộc vào loại thiết bị hạn chế lý điện nhiệt 1.2.6 Chức phối ghép Chân Chức Đất Nguồn 24 VDC Truyền nhập liệu Không sử dụng Đất Nguồn VDC Nguồn 24VDC Truyền nhận liệu Không sử dụng Hình 1.4: Sơ đồ chân cổng truyền thông RS 485 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Modul phối ghép dùng để nối thiết bị điều khiển khả trình với thiết bị bên hình, panel mở rộng hay thiết bị lập trình thông qua cổng truyền thông nối tiếp RS 485 với phích cắm chân gọi cổng MPI Thêm vào đó, chức phụ cần thiết hoạt động song song với chức tuý PLC Cũng có người ta ghép thêm thẻ điện tử phụ đặc biệt để tạo chức phụ Trong trường hợp phải dùng đến mạch phối ghép Ghép nối S7 – 200 với máy tính PC thông qua cổng RS 232 cần có cáp nối PC/PCI với chuyển đổi RS 232/RS 485 S7 – 200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS với phích cắm chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình khác trạm PLC khác Tốc độ truyền máy lập trình kiểu PPI lag 9600 baud Tốc độ truyền cung cấp PLC theo kiểu tự 300 đến 38400 baud 1.3 THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH PLC thực chương trình theo vòng lặp Mỗi vòng lặp gọi 1vòng quét (scan) Mỗi vòng quét bắt đầu giai đoạn đọc liệu từ cổng vào đệm ảo, giai đoạn thực chương trình Trong vòng quét, chương trình thực lệnh kết thúc lệnh kết thúc (MEND) Sau giai đoạn thực chương trình giai đoạn truyền thông tin nội kiểm tra lỗi Vòng quét kết thúc giai đoạn chuyển nội dung đệm ảo tới đầu Như thời điểm thực lệnh vào ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào mà thông qua đệm ảo cổng vùng nhớ tham số Việc truyền thông tin đệm ảo với ngoại vi giai đoạn giai đoạn CPU quản lý Khi gặp lệnh vào hệ thống dừng việc khác, chương trình xử lý ngắt, để thực lệnh cách trực tiếp với cổng vào ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Hình 1.5: Vòng quét chương trình PLC S7 - 200 1.4 PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH VỚI PLC Có thể lập trình cho PLC S7 – 200 cách sử dụng phần mềm sau STEP7 – Micro/Dos, STEP7 – Micro/Win Những phần mềm cài đặt máy tính lập trình họ PG7xx hay máy tính cá nhân PC Các chương trình cho PLC S7 – 200 phải có cấu trúc bao gồm: Chương trình (main program) sau chương trình chương trình xử lý ngắt Chương trình kết thúc lệnh MEND Chương trình phận chương trình Các chương trình phải viết sau lệnh kết thúc chương trình MEND Các chương trình xử lý ngắt phận chương trình Nếu cần sử dụng Main program Thực vòng quét chương trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chương trình MEND … Các chương trình nhóm lại thành nhóm sau chương trình MEND Sau đến chương trình xử lý ngắt cách viết vậy, cấu SBRchương n/ chương Thực khitrong đượcviệc chương trình gọi trúc trìnhtrình đượccon rõ thứ ràngn+1 thuận tiện đọc chương trình sau Có thể trộn lẫn chương trình chương trình xử lý ngắt RET đằng sau chương trình Cách lập trình cho S7 – 200 nói riêng cho PLC nói chung SIEMENS INT o/ chương trình ngắt thứ dựa phương pháp bản: - Phương pháp hình thang (Ladder logic) viết Thực tắt LAD.khi có tín hiệu ngắt RETI - Phương pháp liệt kê (Statement List) viết tắt STL Nếu trìnhtrình viếtthứ theo INTchương o/ chương ngắt n+1kiểu LAD, thiết bị lập trình tự tạo chương trình theo kiểu STL tương ứng Ngược lại chương trình RETI viết theo kiểu STL chuyển sang dạng LAD Hình 1.6: Cấu trúc chương trình PLC S7 – 200 10 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Network1 Network Network3 15 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Network Netword Network 16 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Network Network CHƯƠNG III: TẠO ITEMS TRONG PC ACCESS 17 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH - GIỚI THIỆU VỀ PC ACCESS PC ACCESS phần mềm chuyên dụng để kết nối PLC S7200 với WINCC PC ACCESS báo trạng thái kết liên kết PLC S7-200 WINCC • Nếu Good việc liên kết thành công • Nếu Bad việc liên kết chưa thành công Kiểm tra trạng thái Báo liên kết không tốt CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH VỚI PC ACCESS   Bước 1: Khởi động PC ACCESS Bước 2: Cấu hình cho PC ACCESS  Sau xuất bảng set PG/PC Interface 18 ,tạo new project ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Vì cáp sử dụng PPI nên ta chọn hình  Bước 3: tạo Item (File/Import Symbol) Vào thư mục lưu file save chương trình STEP 19 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Sau ta tạo Item, SAVE lại Chú ý rằng: name đặt symbol tab tương ứng item tạo 20 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH CHƯƠNG IV: TẠO GIAO DIỆN TRONG WINCC KHỞI ĐỘNG WINCC • • - Cách 1: Click double vào icon: destop Cách 2: Vào Start/All program/Simatic/Wincc THIẾT KẾ GIAO DIỆN CHO WINCC a Tạo tab wincc Trước tiên ta tạo project mới: Sau ta điền tên project lưu lại: 21 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Sau xuất giao diện wincc • Right Click vào Tab Management/Add New Driver/OPC 22 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Vì muốn liên kết với S7-200 qua PC ACCESS (kiểu OPC) phải chọn driver OPC • nên ta Bước tiếp theo, right click vào OPC Groups/system parameter 23 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Sau ta quét chọn tất Items chọn Add Items - Tiếp theo ta đặt tên hộp thoại 24 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH - Sau ta kiểm tra lại xem tab add vào chưa Các tab tạo wincc b - Thiết kế giao diện Graphics Designer Right click vào Graphics Designer/New picture Ta Rename lại click double Vùng đối tượng cần thao tác Vùng làm việc - Ta lấy Objects vùng đối tượng cần làm thao tác tạo giao diện đèn giao thông 25 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Giao diện thiết lập trình Win CC Chạy mô phổng win cc Bước quan trọng, thiết lập thuộc tính cho tab  Đối với đèn: Vào Property/Flashing /Flashing Background Màu cần hiển thị Cập nhật liên tục Liên kết tab 26 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH  Đối với button Vào Property/Event/Mouse/Mouse Action/C-Acction Có cách để Set Tab Bit • • Cách 1: Lập trình trục tiếp lệnh cửa sổ lệnh Cách : Vào Set/Set Tab Bit Cửa sổ lệnh Cửa sổ lệnh Sau ta thiết kế giao diện cài đặt thuộc tính cho chương trình, ta lưu chương trình lại c CHẠY MÔ PHỎNG TRÊN WINCC Bước cuối chạy run time wincc để kiển tra Click vào icon để chạy mô Kết sau mô 27 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH CHƯƠNG V: KẾT LUẬN Kết luận sau thời gian tìm hiểu thi công có nhiều vấn đề sảy khiến chúng em gặp nhiều khó khăn… làm hoàn thành tránh sai sót mong thầy cô thông cảm Em xin chân thành cám ơn thầy cô môn giúp đỡ em đặc biệt thầy Đỗ Duy Phú,cô Nguyễn Thị hồng Hạnh,thầy Phạm Văn Hùng…… giúp đỡ em nhiều trình làm Lời cuối em xin kính chúc sức khỏe tới thầy cô chúc thầy cô công tác tốt 28 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 29