Thiết Kế Hệ Thống Cân Định Lượng

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN 1: Tổng quan đề tài Chương 1: Giới thiệu hệ thống cân định lượng Chương 2: Thiết bị Chương 3: Giới thiệu PLC S7 300 Chương 4: Tổng quan hệ thống SCADA phần mềm WINCC PHẦN 2: Mô lập trình Chương 1: Mô WINCC Chương 2: Lập trình PLC Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG LỜI NÓI ĐẦU Trong trình sản xuất nhà máy, khu công nghiệp tập trung khâu định lượng vô quan trọng Khâu định lượng giúp xác định xác khối lượng nguyên vật liệu, thành phẩm bán thành phẩm tronng sản xuất Các thiết bị định lượng có mặt hầu hết khâu hệ thống, công đoạn sản xuất: cung ứng tồn trữ nguyên vật liệu, cấp liệu cho giai đoạn, cân đóng gói sản phẩm… Tự động điều khiển giám sát trình sản xuất nói chung cân định lượng nói riêng ưu tiên hàng đầu cac doanh nghiệp nhằm nâng cao suất hạ giá thành sản phẩm, giảm chi phí hoạt động tăng cường khả cạnh tranh trình hội nhập Những ứng dụng lợi ích hệ thống cân định lượng lớn em lựa chọn để tài “ thiết kế hệ thống cân định lượng” Thông qua tìm hiểu em hệ thống cân định lượng nhiều thiếu sót mong nhận đánh giá góp ý thầy cô Em xin trân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG 1.1 Giới thiệu chung Cùng với phát triển kinh tế, mở rộng sản xuất công nghiệp ứng dụng hệ thống cân định lượng ngày lớn Yêu cầu cho hệ thống ngày đòi hỏi độ chình xác cao, sản lượng lớn Những ứng dụng hệ thống cân định lượng nhiều, em chon cân định lượng khâu định lượng bán thành phẩm nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi hướng tìm hiểu sâu đề tài 1.1.1 Sản xuất thức ăn chăn nuôi Thức ăn chăn nuôi nhân tố quan trọng phát triển chăn nuôi Ở nước ta sử dụng thức ăn chăn nuôi hỗn hợp công nghiệp bên cạnh sử dụng thức ăn chăn nuôi truyền thống Thức ăn công nghiệp cần sản xuất nhà máy thức ăn chăn nuôi quy mô lớn với hệ thống tự động hóa có hệ thống cân tự động phối trộn nguyên liệu thức ăn Việc áp dụng cân định lượng khâu sản xuất giúp giảm lao động, nâng cao hiệu quả, giảm chi phí sản xuất hạ giá thành sản phẩm chăn nuôi Thức ăn chăn nuôi gồm nhiều thành phần với tỷ lệ khác cân định lượng cần đảm bảo tính xác hiệu Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.1.2 HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ 2.1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHỈ THỊ KHỐI LƯỢNG: Thiết bị thị khối lượng (đầu cân) có nhiều loại, nhiều hãng sản xuất khác Tuỳ loại yêu cầu cho công việc mà đầu cân có nhiều chức khác Tuy nhiên chức đầu cân lấy tín hiệu điện áp từ Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG loadcell, biến đổi A/D, xử lý hiển thị khối lượng cân đèn Led đoạn hình tinh thể lỏng, truyền liệu máy tính máy in Ngoài có chức “Auto Zero”, “Tare”, “Clear”… Để thực chức với độ xác cao, đầu cân phải có nguồn chuẩn ổn định cấp cho loadcell A/D Thông thường A/D sử dụng loại 16 bits cao cho độ phân giải lớn phần 65536 (216) độ xác cao Ngoài vi xử lý đủ mạnh, đầu cân thiết phải có nhớ để lưu trữ số liệu sau cân chỉnh Ngoài tuỳ theo yêu cầu trạm cân mà có thêm thiết bị hiển thị từ xa hay không Sau giới thiệu hình ảnh số đầu cân thiết bị hiển thị từ xa thực tế: Hình 2.1: Giới thiệu hình ảnh số loại đầu cân có thực tế 2.1.1 Đặc điểm đầu cân BDI –9301: - Điều chỉnh hoàn toàn dùng kỹ thuật số làm cho việc chỉnh điểm định bước cân (span) trở nên dễ dàng Không cần phải nạp xoá trọng lượng đặt cách liên tục Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG - Có 16 hàm chức điều chỉnh thông qua 16 phím nhấn Có thể sử dụng cho nhiều ứng dụng cân tĩnh cân động - Cho phép khởi động lại giá trị mặc định tạo nhà sản xuất có cố hoạt động bình thường - Chức kiểm tra hệ thống kiểm tra phận hệ thống để bảo đảm hoạt động - Hai chương trình chứa giá trị như: Final Weight (SETPOINT), Upper Limit (HI), Lower Limit (LO), Preliminary Weight (PRELIM) tầm bù rơi tự (FreeFall) lưu trữ 2.1.2 Giải thích cách chỉnh cân: - Chỉnh độ phân giải: Khối lượng hiển thị lên hình dựa vào độ phân giải Đây khoảng thay đổi nhỏ mà thiết bị nhận biết Ví dụ đặt độ phân giải nhỏ thiết bị hiển thị cách đơn vị 101, 102, 103.… Nếu độ phân giải nhỏ hiển thị 100, 102, 104… Có thể lựa chọn độ phân giải 1, 2, 5, 10, 20 hay 50 giới hạn theo khối lượng tối đa cho catalogue BDI-9301 - Chỉnh Zero: Đây cách chỉnh bàn vật cần cân Thực việc để BDI-9301 biết giá trị sở để so sánh với khối lượng thêm vào Có thể phải chỉnh Zero theo chương trình thường xuyên để tránh ảnh hưởng việc thay đổi theo nhiệt độ hay ảnh hưởng khác - Khối lượng tối đa: Đây cách chỉnh khối lượng lớn mà người sử dụng muốn cân Điều phụ thuộc vào tải trọng loadcell giới hạn khác mà người dùng đặt Độ phân giải phụ thuộc vào khối lượng lớn - Cân chỉnh bước cân (Span Calibration): Với việc chỉnh Zero nhằm mục đích đặt giá trị ban đầu không, cân chỉnh bước cân xác định điểm giới hạn mà cân (khối lượng lớn nhất) Điều BDI-9301 biết hai đầu mút mà cân xác BDI-9301 tính toán giá trị cân khối lượng cần cân nằm hai giới hạn Tuy nhiên, thực tế dùng khối lượng chuẩn để cân chỉnh cho việc mà không thiết phải dùng khối lượng tối đa (nhưng khối lượng chuẩn gần giới hạn lớn cho kết xác) - Sở dĩ cần cân chỉnh Zero để A/D đọc giá trị sai lệch điện áp ban đầu vật bàn cân Chỉnh bước cân cho A/D biết giá trị điện áp ứng với Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG khối lượng chuẩn đặt lên bàn cân Từ đó, xử lý lấy hiệu số hai giá trị điện áp chia khối lượng chuẩn để hệ số tương ứng cho đơn vị cân lưu giá trị vào nhớ Khi có khối lượng cần cân, xử lý đọc giá trị điện áp trừ điện áp trạng thái Zero rối chia cho hệ số lưu trước khối lượng cần cân Ngoài ra, cần chỉnh cho đầu cân điện áp ngõ loadcell lớn lúc chỉnh Zero thêm điện trở EXC+ SIG- Loadcell hình 2.2a Hoặc ngược lại tín hiệu Loadcell nhỏ (lệch âm) cân chỉnh Zero trường hợp phải mắc thêm điện trở phụ EXC+ SIG+ hình 2.2b Các điện trở mắc thêm phải có giá trị điện trở lớn (thường từ 50KΩ đến 500KΩ); có chất lượng cao có hệ số nhiệt thấp Các lỗi cân chỉnh số lỗi khác báo lên hình cách xử lý hướng dẫn “Operation Manual” BDI-9301 Exc+ Exc+ Sig+ Sig+ Exc- Exc- Sig- Siga) b) Hình 2.2: Sơ đồ chỉnh điện áp đầu cân ngõ loadcell 2.2 GIỚI THIỆU VỀ LOADCELL 2.2.1 Lý thuyết loadcell: Cảm biến lực dùng việc đo khối lượng sử dụng phổ biến loadcell Đây kiểu cảm biến lực biến dạng Lực chưa biết tác động vào phận đàn hồi, lượng di động phận đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ với lực chưa biết Sau giới thiệu loại cảm biến Bộ phận loadcell điện trở mỏng loại dán Tấm điện trở phương tiện để biến đổi biến dạng nhỏ thành thay đổi tương ứng điện trở Một mạch đo dùng miếng biến dạng cho phép thu tín hiệu điện tỉ lệ với mức độ thay đổi điện trở Mạch thông dụng sử dụng loadcell cầu Wheatstone Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG - Nguyên lý: Cầu Wheatstone mạch chọn dùng nhiều cho việc đo biến thiên điện trở nhỏ (tối đa 10%), chẳng hạn việc dùng miếng đo biến dạng Phần lớn thiết bị đo đạc có sẵn thị trường không nhiều dùng phiên cầu Wheatstone sàng lọc Như vậy, việc tìm hiểu nguyên lý loại mạch điều cần thiết R1 R2 Em Zm R4 R3 V + - Hình 2.3: Mạch cầu Wheatstone Cho mạch gồm bốn điện trở giống R1, R2, R3, R4 tạo thành cầu Wheatstone hình Đối với cầu Wheatstone này, bỏ qua số hạng bậc cao, hiệu đầu Em thông qua thiết bị đo với trở kháng Zm là: V ∆R1 ∆R ∆R3 ∆R Em = (V) [ − + − ] Với: - Ġ biến đổi đơn R R1 R2 R3 R4 4(1 + ) vị điện trở Ri Zm - R điện trở danh nghĩa ban đầu điện trở R1, R2, R3, R4 (thường 120 ohms, 350 ohms dành cho cảm biến) - V hiệu nguồn Điện nguồn thuộc loại liên tục với điều kiện dùng nguồn lượng cung cấp thật ổn định Các thiết bị thị trường lại dùng nguồn cung cấp Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG xoay chiều Trong trường hợp phải tính đến việc sửa đổi mạch để giải điều chế thành phần xoay chiều tín hiệu Trong phần lớn trường hợp, Zm lớn so với R (ví dụ Volt kế số, khuếch đại với phần nối trực tiếp) nên biểu thức viết lại là: Em = (V) V ∆R1 ∆R ∆R3 ∆R [ − + − ] R1 R2 R3 R4 Phương trình cho thấy biến đổi đơn vị điện trở hai điện trở đối mặt nhau, ví dụ R1 R3, cộng lại với tác động hai điện trở kề bên nhau, ví dụ R1 R2, lại trừ khử Đặc tính cầu Wheatstone thường dùng để bảo đảm tính ổn định nhiệt mạch miếng đo để dùng cho thiết kế đặc biệt 2.2.2 Một số Loadcell thực tế: Có nhiều loại loadcell hãng sản xuất khác KUBOTA (của Nhật), Global Weighing (Hàn Quốc), Transducer Techniques Inc, Tedea – Huntleigh Mỗi loại loadcell chế tạo cho yêu cầu riêng biệt theo tải trọng chịu đựng, chịu lực kéo hay nén Tùy hãng sản xuất mà đầu dây loadcell có màu sắc khác Các màu sắc cho bảng thông số kỹ thuật mua loại loadcell Trong thực tế có loại loadcell sử dụng kỹ thuật dây cho đầu dây Sơ đồ nối dây loại loadcell có hai dạng sau: a Dạng nối dây1 b.Dạng nối dây Hình 2.4: Các dạng nối dây loadcell Như vậy, thực chất loadcell cho dây chất dây hai cách nối ta tìm hiểu dây +veInput (Exc+) +veSense (Sense+) nối tắt, dây -veInput (Exc-) -veSense (Sense-) nối tắt Có nhiều kiểu hình dạng loadcell cho ứng dụng khác Do cách kết nối loadcell vào hệ thống khác trường hợp Thông số kỹ thuật loại loadcell cho catalogue loadcell Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG thường có thông số như: tải trọng danh định, điện áp danh định (giá trị từ miliVolt/Volt đến miliVolt/Volt tuỳ loại loadcell), tầm nhiệt độ hoạt động, điện áp cung cấp, điện trở ngõ ra, mức độ chịu tải (Với giá trị điện áp danh định 2miliVolt/Volt với nguồn cung cấp 10 Volt điện áp 20 miliVolt ứng với khối lượng tối đa) Tuỳ ứng dụng cụ thể mà cách chọn loại loadcell có thông số hình dạng khác Hình dạng loadcell đặt cho nhà sản xuất theo yêu cầu ứng dụng riêng Sau hình dạng số loại loadcell có thực tế CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PLC S7-300 3.1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ KHẢ TRÌNH PLC: 3.1.1 Giới thiệu chung: PLC viết tắt Programmable Logic Control thiết bị điều khiển Logic lập trình hay khả trình được, cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình Page 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG - Tốc độ truyền: 19.2 kbit/s, 187.5 kbit/s 12 Mbit/s - Độ dài cực đại mạng: 50m với RS485, có lặp 1100 m, với cáp quang qua OLM >100 kM 3.3.2 Gán địa cho trạm mạng MPI: Mỗi trạm tham gia vào mạng MPI có địa riêng Nó thông số quan trong hàm truyền thông SFC hệ thống Những hàm thực việc truyền thông PLC qua mạng STEP có hỗ trợ việc khai báo địa cho trạm với giá trị mặc định Muốn thay đổi địa MPI cho trạm, ta nháy kép phiếm chuột trái tên module CPU tương ứng bảng khai báo cấu hình cứng, để vào chế độ đặt tham số làm việc, ta lại chọn tiếp GeneralMPI sửa lại địa MPI hình mô tả Page 38 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG - Sau định nghĩa lại địa MPI cho trạm PLC, ta phải ghi lại địa lên module CPU thực làm việc theo địa Công việc ghi địa lên module CPU thực cung với việc ghi tất tham số quy định chế độ làm việc module cách kích vào biểu tượng Download công cụ chọn PLCDownload - Bên cạnh việc ghi cấu hình cứng vừa soạn thảo vào module CPU ta đọc ngược bảng cấu hình cứng có từ module CPU vào Project cách kích chuột vào Page 39 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG biểu tượng Upload công cụ hình (hoặc chọn PLCUpload) Với việc đọc ngược cấu hình cứng ta đọc toàn chương trình có Load memory module CPU vào Project 3.3.3 Ghi chương trình lên module CPU: Có hai cách đổ chương trình ứng dụng, sau soạn thảo xong, vào module CPU (cụ thể vào vùng Load memory) sau: - Đổ từ hình soạn thảo chương trình cách kích vào biểu tượng Download công cụ hình Với cách đổ này, riêng khối chương trình hình soạn thảo đổ vào module CPU - Đổ từ hình Step7 cách kích vào biểu tượng Download Với cách đổ ta đổ toàn chương trình ứng dụng có thư mục Block đổ khối mà ta đánh dấu Muốn đổ toàn thư mục Block ta phải kích chuột vào tên thư mục trước, sau kích vào Download Trong trương hợp đổ số khối, ta đánh dấu khối đổ trước cách giữ phím Ctrl đồng thời kích chuột tên khối Cuối cùng, sau chọn xong khối kích chuột vào biểu tượng Download CHƯƠNG 4: TỔNG QUAN HỆ SCADA PHẦN MỀM WINCC 4.1 TỔNG QUAN HỆ SCANDA Hệ SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu, đời vào năm 80 sở ứng dụng kỹ thuật tin học, mạng máy tính truyền thông công nghiệp Hệ SCADA cho phép liên kết mạng nhiều mức độ khác nhau: từ cảm biến, cấu chấp hành, điều khiển, trạm máy tính điều khiển giám sát, trạm máy tính điều hành quản lý công ty SCADA hệ thống điều khiển có đặc thù có tính phân bố cao phần chấp hành lại có tính tập trung phần điều khiển (phần mềm điều khiển, thu thập, lưu trữ xử lý số liệu trung tâm) Vì đáp ứng yêu cầu hệ thống đòi hỏi phân bố phạm vi địa hình rộng SCADA hệ thống mở nên dễ dàng nâng cấp mở rộng cần thiết Các chức hệ SCADA: Page 40 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG - Giám sát (Supervisory): Chức cho phép giám sát liên tục hoạt động hệ thống điều khiển trình Hiển thị báo cáo tổng kết trình sản xuất, thị giá trị đo lường, dạng trang hình, trang đồ họa, trang kiện, trang báo cáo sản xuất,.… Qua nhân viên vận hành thực thao tác vận hành can thiệp từ xa đến hệ thống phía - Điều khiển (Control): Chức cho phép người điều hành điều khiển thiết bị giám sát mệnh lệnh điều khiển - Thu thập liệu (Data Acquisition): Thu thập liệu qua đường truyền số liệu trình sản xuất, sau tổ chức lưu trữ số liệu như: số liệu sản xuất, chất lượng sản phẩm, kiện thao tác, cố dạng trang ghi chép hệ thống theo sở liệu định CÊp qu¶n lý kinh doanh Mạng xí nghiệp Trạm vận hành Trạm vận hành CÊp qu¶n lý qu¸ tr×nh Mạng điều khiển CÊp trêng Cảm biến PLC Van Page 41 Động Bơm Cơ cấu chấp hành Hình 4.1: Cấu hình hệ SCADA điển hình ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG 4.2 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM THIẾT KẾ WINCC 4.2.1 Giới thiệu chung WinCC (Windows Control Center - Trung tâm điều khiển Windows), cung cấp công cụ phần mềm để thiết lập giao diện điều khiển chạy hệ điều hành Microsoft Windows NT Windows 2000 Trong dòng sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA với chức hữu hiệu dành cho việc điều khiển Một đặc điểm WinCC đặc tính mở Nó sử dụng cách dễ dàng với phần mềm chuẩn phần mềm người sử dụng, tạo nên giao diện người - máy đáp ứng nhu cầu thực tế cách xác Những nhà cung cấp hệ thống phát triển ứng dụng họ thông qua giao diện mở WinCC tảng để mở rộng hệ thống Hình 4.2: Đặc tính mở phần mềm WinCC WinCC kết hợp bí hãng Siemens - công ty hàng đầu tự động hoá trình Microsoft - công ty hàng đầu việc phát triển phần mềm cho PC Ngoài khả thích ứng cho việc xây dựng hệ thống có quy mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC dễ dàng tích hợp với ứng dụng có quy mô toàn công ty như: việc tích hợp với hệ thống cấp cao MES (Manufacturing Excution System hệ thống quản lý việc thực sản xuất) ERP (Enterprise Resource Planning) WinCC sử dụng sở quy mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp Siemens có mặt khắp nơi giới Page 42 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG 4.2.2 Các đặc điểm chính: 4.2.2.1 Sử dụng công nghệ phần mềm tiên tiến: WinCC sử dụng công nghệ phần mềm Nhờ cộng tác Siemens Microsoft, người dùng yên tâm với phát triển công nghệ phần mềm mà Microsoft người dẫn đầu 4.2.2.2 Hệ thống khách chủ với chức SCADA: Ngay từ hệ thống WinCC sở cung cấp tất chức để người dùng khởi động yêu cầu hiển thị phức tạp Việc gọi hình ảnh (picture), cảnh báo (alarm), đồ thị trạng thái (trend), báo cáo (report) dễ dàng thiết lập 4.2.2.3 Có thể nâng cấp mở rộng dễ dàng từ đơn giản đến phức tạp: WinCC module hệ thống tự động hoá, thế, sử dụng để mở rộng hệ thống cách linh hoạt từ đơn giản đến phức tạp từ hệ thống với máy tính giám sát tới hệ thống nhiều máy giám sát, hay hệ thống có cấu trúc phân tán với nhiều máy chủ (server) Có thể phát triển tuỳ theo lĩnh vực công nghiệp yêu cầu công nghệ Một loạt module phần mềm mở rộng định hướng cho loại ứng dụng phát triển sẵn để người dùng chọn lựa cần 4.2.2.4 Cơ sở liệu ODBC/SQL tích hợp sẵn: Cơ sở liệu Sysbase SQL tích hợp sẵn WinCC Tất liệu cấu hình hệ thống liệu trình điều khiển đựơc lưu giữ sở liệu Người dùng dễ dàng truy cập tới sở liệu WinCC SQL (Structured Query Language) ODBC (Open Database Connectivity) Sự truy cập cho phép WinCC chia sẻ liệu với ứng dụng sở liệu khác chạy Windows 4.2.2.5 Các giao thức chuẩn mạnh (DDE, OLE, ActiveX, OPC): Các giao diện chuẩn DDE OLE dùng cho việc chuyển liệu từ chương trình chạy Windows tính WinCC Các tính ActiveX control OPC server client tích hợp sẵn 4.2.2.6 Ngôn ngữ vạn năng: WinCC phát triển dùng ngôn ngữ lập trình chuẩn ANSI-C 4.2.2.7 Giao diện lập trình API mở cho việc truy cập tới hàm WinCC liệu: Tất module WinCC có giao diện mở cho giao diện lập trình dùng ngôn ngữ C (C programming interface, C-API) Điều có nghĩa người dùng tích hợp cấu hình WinCC hàm thực (runtime) vào chương trình người sử dụng 4.2.2.8 Cài đặt phần mềm với khả lựa chọn ngôn ngữ: Phần mềm WinCC thiết kế sở nhiều ngôn ngữ Nghĩa là, người dùng chọn tiếng Anh, Pháp, Đức hay chí ngôn ngữ châu làm ngôn ngữ sử dụng Các ngôn ngữ thay đổi trực tuyến 4.2.2.9 Giao tiếp với hầu hết loại PLC: WinCC có sẵn kênh truyền thông để giao tiếp với loại PLC Siemens SIMATIC Page 43 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG S5/S7/505 thông qua giao thức chung PROFIBUS DP, DDE hay OPC Thêm vào đó, chuẩn thông tin khác có sẵn lựa chọn hay phần bổ sung 4.2.2.10 WinCC phần tử hệ thống Tự động hoá tích hợp toàn diện (Totally Integrated Automation-TIA): WinCC đóng vai trò cửa sổ hệ thống phần tử trung tâm hệ Nó phần tử SCADA hệ thống PCS Siemens 4.2.3 Các cấu hình hệ thống bản: WinCC hỗ trợ cấu hình hệ thống từ thấp đến cao, ví dụ cấu sau: - Hệ thống điều khiển dùng máy tính (Sing-user system) - Hệ thống điều khiển dùng nhiều máy tính (Multi-user system) - Cấu trúc Client/Server có dự phòng - Cấu trúc hệ thống phân tán với nhiều trạm chủ (server) 4.2.4 Các chức SCADA bản: 4.2.4.1 Giao diện người sử dụng: Không phụ thuộc vào ứng dụng nhỏ hay lớn, đơn giản hay phức tạp, dùng WinCC ta thiết kế giao diện cho người sử dụng để phục vụ cho việc điều khiển tối ưu hoá trình sản xuất WinCC có công cụ thiết kế giao diện đồ hoạ mạnh Toolbox, Control, OCX đặt dễ dàng sổ thiết kế Giao diện người sử dụng cho phép hiển thị trình hội thoại người điều khiển trình điều khiển cách linh hoạt phụ thuộc vào nhu cầu trình điều khiển Màn hình điều khiển thể trình công nghệ cách toàn cảnh, qui trình công nghệ cụm công nghệ cần theo dõi Tính hỗ trợ Split Screen Wizard Các hình ảnh trình điều khiển cấu trúc theo sơ đồ hình để theo dõi trình cách tổng thể Việc chia hình ảnh hỗ trợ Picture Tree Manager cách tiện lợi Tại ta dùng chuột để di chuyển hình ảnh từ ví trí đến vị trí khác sơ đồ hình WinCC ghi nhớ giá trị biến Và vậy, ghi nhận ngày tháng, thời gian, người sử dụng, giá trị cũ Vì diễn biến trình có tính chất kịch tính tái tạo lại phục vụ cho mục đích phân tích 4.2.4.2 Quyền truy nhập hệ thống công tác quản trị người sử dụng: WinCC cho phép người uỷ quyền truy cập vào hệ thống Có tới 1000 mức truy cập khác cho phép phân chia quyền truy cập can thiệp vào hệ thống mức độ khác Mật (password) tên người sử dụng (user name) xác định quyền truy cập người Điều định nghĩa lại trình vận hành hệ thống Một công cụ có tên “User Administrator” (Quản trị người sử dụng) dùng để thoả mãn mục đích Quyền truy cập hết hiệu lực thời hạn cho phép kết thúc 4.2.4.3 Chuyển đổi ngôn ngữ sử dụng: Một vài ngôn ngữ xác lập trình cài đặt để làm ngôn ngữ sử dụng dự Page 44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG án Trong trình vận hành, người sử dụng việc nhấn chuột vào hộp thoại để thay đổi ngôn ngữ sử dụng 4.2.5 Các chức bản: 4.2.5.1 Hệ thống đồ hoạ (Graphics System): Hệ thống đồ hoạ WinCC xử lý tất đầu vào đầu thể hình trình vận hành Khả hiển thị thông tin điều khiển dạng đồ hoạ thực module chương trình có tên gọi Graphics Designer Công cụ cung cấp công cụ có sẵn như: - Các hình vẽ phần tử tiêu biểu (như bơm, van, động cơ, silô ) - Các phím, hộp thoại, trượt - Các hình ứng dụng hình hiển thị - Các đối tượng OLE, ActiveX - Các trường vào, - Các trạng thái hiển thị theo nhóm - Các đối tượng thay đổi để phù hợp với nhu cầu người sử dụng Người xây dựng hệ thống thể qui trình công nghệ mà điều khiển đồ họa Việc định nghĩa tính chất đồ hoạ như: hình dáng hình học, màu sắc, kiểu hoa văn, thực dễ dàng cách sử dụng công cụ thiết kế đồ hoạ có sẵn 4.2.5.2 Hệ thống thông báo (Message System): Hệ thống thông báo WinCC cung cấp thông tin đầy đủ lỗi trạng thái nói chung trình hoạt động Nó thể thông báo lúc khứ Các thông báo giúp người vận hành sớm phát cố để khắc phục kịp thời, tránh cố Ta tự lựa chọn khối thông báo, thứ hạng thông báo, dạng thông báo, kiểu hiển thị thông báo Một thông báo gồm khối thông báo có chứa giá trị trình Mỗi thông báo đặt tệp tin (file) bao gồm 16 thứ hạng thông báo (message classes) 16 loại thông báo (message type) cho thứ hạng thông báo Điều có nghĩa là: phân biệt thông báo thuộc loại cảnh báo, nhắc nhở, báo lỗi, hoạt động sai chức năng, cho vùng khác hệ thống 4.2.5.3 Chức thu thập liệu (Tag Logging): Chức sử dụng để thu thập liệu trình công nghệ để hiển thị chúng lưu trữ Ta tự định dạng liệu lưu trữ chúng Các giá trị trình thể bảng trực tuyến (Online Table) đồ thị Trong việc Tag Logging Editor cho phép ta thu thập liệu biểu diễn theo cách mà ta muốn Các phương pháp thu thập lưu trữ liệu: - Liên tục theo chu kỳ (Cyclical logging): giá trị thu thập cách liên tục theo chu kỳ trật tự thời gian - Theo chu kỳ chọn lựa (selective logging): trình thu thập liệu bắt đầu xảy kiện kết thúc kiện chấm dứt Ví dụ, trình thu thập liệu tiến hành có kiện sau: + Thay đổi giá trị biến nhị phân + Giá trị biến tương tự vượt ngưỡng cho trước + Tại điểm thời gian định trước Page 45 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG + Tác động bàn phím chuột + Có lệnh hệ thống máy tính cấp cao - Không theo chu kỳ (acyclical logging): kiện bắt đầu phụ thuộc vào hay nhiều bit Quá trình thu thập liệu bắt đầu bit chuyển từ sang hay ngược lại - Chỉ có thay đổi (archiving only when changed): hệ thống lưu trữ liệu có thay đổi lớn giá trị định trước Các giá trị qúa trình lưu trữ kho lưu trữ (Process Value Archives) hay kho lưu trữ nén Các kho lưu trữ nằm vùng nhớ đệm nhớ hay chứa ổ cứng Quá trình thu thập lưu trữ liên tục đòi hỏi người sử dụng định trước kích cỡ ghi Nếu nhớ đầy, giá trị cũ tự động bị xoá nhường chỗ cho giá trị 4.2.5.4 Hệ thống báo cáo (Report System): WinCC cung cấp hệ thống báo cáo cho phép ta đưa liệu giấy Nó in báo cáo thứ tự thông báo, báo cáo việc lưu trữ thông báo, báo cáo hoạt động người vận hành, báo cáo thông báo hệ thống, báo cáo người sử dụng báo cáo dạng văn in với định dạng tuỳ ý Trước gởi báo cáo máy in, báo cáo lưu giữ dạng tệp tin, biểu diễn dạng mong muốn Trạng thái máy in in báo cáo thể trực tuyến Trong công cụ thiết kế báo cáo (Report Designer), ta qui định dạng thức báo cáo in ra, số trang in lựa chọn máy in Trong trình ta qui định chu kỳ in báo cáo cách tự động Các báo cáo in theo kiện hay theo lệnh người vận hành Ta gán loại báo cáo cho máy in khác 4.2.5.5 Chức Text Library: Trong Text Library, bạn sửa văn thể thay đổi module sử dụng lúc chạy chương trình Các văn với ngôn ngữ khác định nghĩa Những văn sau xuất tương ứng với việc lựa chọn ngôn ngữ lúc chạy chương rình 4.2.5.6 Hệ thống lưu giữ liệu người dùng (User Archives): User Archiver hệ thống sở liệu mà người dùng tự định cấu hình cho Dữ liệu từ trình công nghệ lưu giữ liên tục PC biểu diễn trực tuyến lúc chạy chương trình Ngoài ra, định việc kết nối để trao đổi với thiết bị tự động khác Điều có nghĩa công thức, thông số chương trình soạn thảo, lưu giữ sử dụng hệ thống PHẦN 2: MÔ PHỎNG VÀ LẬP TRÌNH CHƯƠNG 1: MÔ PHỎNG WINCC 1.1 Các bước tiến hành 1.1.1 Khởi tạo dự án Page 46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG Khởi động WinCC: Để khởi động WinCC ta kích chuột vào Start Taskbar Chọn Simatic\WinCC\Windows Control Center Tạo dự án mới: Để tạo dự án ta chọn File\New Một hộp thoại mở cho phép xây dựng Project - Chọn Single-User Project\OK: tạo dự án đơn người sử dụng - Chọn Multi-User Project\OK: tạo dự án đa người sử dụng - Chọn Multi-Client Project\OK: tạo dự án nhiều khách Đặt tên Project nhấn Create Khi hình WinCC hình 4.3 Hình 4.3: Màn hình giao diện WinCC Page 47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG Kích chuột phải vào biểu tượng có tên Computer để mở hộp thoại thiết lập thuộc tính hệ thống chạy chương trình thay đổi tên máy tính Kết nối với PLC: Để khai báo việc kết nối với PLC ta tiến hành theo trình tự sau: - Kích chuột phải vào Tag Management\Add New Driver Trong hộp thoại ta chọn SIMATIC S7 Protcol Suite kích vào nút Open - Tạo kết nối với thiết bị cấp dưới: kích chuột vào SIMATIC S7 Protcol Suite\New Conection\Connection properties Nhập tên đối tượng kết nối nhấn OK Tag Tag Group: - Tạo Internal tag: Trong Tag management, kích phải chuột vào Internal Tag\New Tag Xuất hộp thoại Tag Properties cho phép ta nhập tên, kiểu liệu Tag - Tạo Tag Group: Kích phải chuột lên kết nối PLC vừa tạo trên: New Group\Properties Of Tag Group, nhập tên Group sau nhấn OK - Tạo External tag: - Kích phải chuột kết nối PLC chọn New Tag\Tag Properties, nhập tên, kiểu liệu Tag sau nhấn OK - Nhấn nút Select để mở hộp thoại Address Properties sau chọn kiểu liệu cho Tag, vùng địa Tag truy cập 4.2.6.2 Thiết kế giao diện đồ họa: Trong cửa sổ WinCC Explorer ta kích phải chuột vào Graphics Designer\chọn New Picture, trang giao diện đồ hoạ Newpld0.Pdl cửa sổ WinCC Explorer Để thiết kế đồ hoạ cho tranh vừa tạo, ta nhấp Double chuột vào tên tranh kích phải chuột vào tên tranh chọn Open Picture WinCC hỗ trợ công cụ mạnh đồ hoạ, hỗ trợ thư viện lớn thiết bị công nghiệp sinh động, ta chọn đem sử dụng cách dễ dàng Page 48 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG 4.2.7 Truyền Thông Trong Môi Trường WinCC: 4.2.7.1 Bản chất truyền thông máy tính (PC) PLC: Bản chất trình thể sơ đồ sau đây: Hình 4.10: Bản chất trình truyền thông WinCC Trong : Data Manager (Trình quản trị liệu): WinCC Data Manager quản lý liệu (Database) Người sử dụng không thấy trình quản lý liệu Trình quản lý liệu làm việc với liệu sinh từ WinCC Project cất sở liêïu Project Nó quản lý biến WinCC lúc chạy chương trình Tất người sử dụng WinCC phải yêu cầu liệu từ trình quản lý liệu dạng biến WinCC Các ứng dụng gồm Graphic Runtime, Alarm Logging Runtime Tag Logging Runtime Các trình điều khiển truyền thông (Communication driver): Để cho WinCC truyền thông với kiểu PLC khác, người sử dụng phải nối trình quản lý liệu với PLC Trình điều khiển truyền thông gồm C++DLL, mà truyền thông giao tiếp với trình quản lý liệu (gọi kênh API) Trình điều khiển truyền thông cung cấp giá trị trình cho WinCC Tag Page 49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG Đơn vị kênh (Channel Unit): Ngõ vào Communication Driver Tag Managerment chứa SubEntry Sub-Entry Communication Driver gọi đợn vị kênh Mỗi đơn vị tạo nên giao tiếp với Hardware với Modul truyền thông PC Người ta phải định nghĩa đơn vị kênh Modul truyền thông gán hộp thoại System Parameters Hộp mở cách click chuột phải vào đơn vị kênh tương ứng chọn System Parameter từ Menu lên Sự xuất hộp thoại phụ thuộc vào trình điều khiển truyền thông chọn Tuy nhiên thêm thông số truyền thông cần Hardware driver: Driver kết nối phần cứng Communication Processor (CP): Bộ xử lý truyền thông PLC: thiết bị PLC Quá trình truyền thông mô tả sau: WinCC Data Manager quản lý WinCC Tag thực thi Nhiều ứng dụng WinCC khác (trên WinCC Application) yêu cầu giá trị từ Data Manager Công việc Data Manager nhận tag yêu cầu từ trình Nó thực việc thông qua trình điều khiển truyền thông tích hợp WinCC Project Trình điều khiển truyền thông tạo nên giao tiếp WinCC trình cách sử dụng đơn vị kênh Trong phần lớn trường hợp, kết nối dựa Hardware đến trình cài đặt cách sử dụng CP Trình điều khiển truyền thông WinCC sử dụng CP để gởi thông điệp yêu cầu đến PLC Tiếp đến CP gửi giá trị trình yêu cầu từ thông điệp tương ứng lại WinCC 4.2.7.2 Thiết lập cấu hình truyền thông: 4.2.7.2.1 Hàm truyền thông bản: - Kiểu liệu WinCC + Binary Tag: kiểu nhị phân + Unsigned Bit Value: Kiểu nguyên Bit không dấu + Signed Bit Value: Kiểu nguyên Bit có dấu + Unsigned 16 Bit Value: Kiểu nguyên 16 Bit không dấu + Signed 16 Bit Value: Kiểu nguyên 16 Bit có dấu + Unsigned 32 Bit Value: Kiểu nguyên 32 Bit không dấu Page 50 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG + Signed 32 Bit Value: Kiểu nguyên 32 Bit có dấu + Floating Point Number 32 Bit IEEE 754: Kiểu số thực 32 Bit theo tiêu chuẩn IEEE 754 + Floating Point Number 64 Bit IEEE 754: Kiểu số thực 64 Bit theo tiêu chuẩn IEEE 754 + Text Tag Bit Character Set: Kiểu ký tự Bit + Text Tag 16 Bit Character Set: Kiểu ký tự 16 Bit + Raw Data Type: Kiểu liệu thô - Gửi liệu từ WinCC xuống ô nhớ PLC : Cấu trúc: (Giá trị trả về) SetTagXXX (“tên biến ngoại”, giá trị ) Giải thích : + Giá trị trả về: Là kiểu BOOL Nếu trình gửi thành công giá trị trả TRUE, ngược lại giá trị trả FALSE + XXX: Là Bit, Byte, Word + Nếu XXX Bit “giá trị” + Nếu XXX Byte “giá trị” byte + Nếu XXX word “giá trị” Word - Lấy liệu từ ô nhớ PLC lên biến ngoại WinCC: Cấu trúc: (Giá trị trả về) GetTagXXX(“tên biến ngoại”) Giải thích : + XXX: Bit, Byte, Word  Nếu XXX Bit giá trị trở  Nếu XXX Byte giá trị trở Byte  Nếu XXX Word giá trị trở Word + Tên biến ngoại: Là biến gán tương ứng với ô nhớ định PLC thiết lập Tag Management Page 51 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG 4.2.7.2.2 Thiết lập cấu hình truyền thông: Khi thiết lập chương trình người lập trình cần khai báo tên máy tính mình, chế độ hoạt động chương trình chạy máy hay nhiều máy, chế độ khác chạy chương trình, lựa chọn ngôn ngữ sử dụng,… Để thiết lập cấu hình ta cần tiến hành theo bước sau đây: Thiết lập liệu truyền thông:  Vào Tag Management / Add New Driver, chọn Driver Simatic S7 Protocol Suite Sau ta chọn cấu hình mạng MPI / New Driver Connection wincc-plc Tiếp theo chọn New Group, nhập tên NHOM-DIEU-KHIEN, NHOM-LAM-VIEC, NHOM-DAU-VAO, NHOM-CAM-BIEN Chọn Tag liệt kê hình ảnh sau: Page 52