bài tập lớn hệ thu thập dữ liệu: hệ thống truyền liệu kết hợp với băng tải , wincc với PLC s7- 300

bài tập lớn hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu: đề tài phân tích và thiết kế hệ thống phân phối liệu, hệ thống chuyển liệu kết hợp WinCC với PLc s7 300...........................................................................

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Trang 2

Bài Tập Lớn Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ HỆ THỐNG

PHÂN PHỐI LIỆU

- Giáo Viên Bộ Môn:

- Nhóm 2: Lớp Điện 4 – K9 gồm:

 Nguyễn Công A

 Nguyễn Công B

 Nguyễn Công C

Nhận xét của giáo viên bộ môn.

Mục Lục

Trang 3

  

Trang

Lời nói đầu

Chương I : Cơ sở lý thuyết 4

1.1 Phân tích công nghệ 4

1.2 Tìm hiểu về PLC S7-300 4

1.2.1 Khái quát về PLC S7-300 4

1.2.2 Các modul mở rộng 6

1.3 Tìm hiểu về HMI (Wincc của simen) 8

1.3.1 Giới thiệu phần mềm Wincc 8

1.3.2 Những ưu điểm của Wincc 11

Chương II : Thiết kế hệ thống 13

2.1 Lựa chọn thiết bị 13

2.2 Xây dựng sơ đồ khối 17

2.3 Mạch lực, bảng định địa chỉ và sơ đồ đấu dây, thực hiện bài toán điều khiển 20

2.3.1 Mạch lực 20

2.3.2 Bảng định địa chỉ 20

2.3.3 Sơ đồ đấu dây 21

2.3.4 Thực hiện bài toán điều khiển 21

2.4 Trình bày về giao thức truyền thông trong hệ thống 23

2.4.1 Các thiết bị trong hệ thống thuộc phân cấp nào trong mô hình phân cấp chức năng trong hệ thống mạng công ty 23

a) Cấp chấp hành 23

b) Cấp điều khiển 23

c) Cấp điều hành giám sát 23

2.4.2 S7-300 được hỗ trợ giao thức truyền thông nào 25

2.4.3 Lựa chọn và trình bay về giao thức sử dụng trong hệ thống 29

Chương III: Kết luận 33

3.1 Các nội dung đã đạt được trong đề tài 33

3.2 Hạn chế tồn tại và phương hướng khắc phục 33

Trang 4

Lời Nói Đầu

  

Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuậttiên tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiệnđại hơn

Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị vớicác đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là nhữngyếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngàycàng cao hơn

Tự động hóa đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ Tự độnghóa đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khácnhau cho đến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày.Một trong những sản phẩm tiên tiến của nó là PLC Ứng dụng rất quan trọngcủa ngành công nghệ tự động hóa là việc điều khiển, giá sát các hệ thống vớinhững thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thậtcao

Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng em xin phép được thiết kế một

mạch ứng dụng của PLC, điều khiển hệ thống phân phối liệu.

Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáotrong khoa điện, cùng các bạn trong lớp Điện 4-K9 đặc biệt là giảng viên

Nguyễn Thu Hà - giảng viên khoa điện trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

người đã trực tiếp giảng dạy và cho em kiến thức để hoàn thành đồ án mônhọc này Mong cô góp ý để em hoàn thành bài tập lớn này được tốt hơn saunày

Em xin chân thành cảm ơn !

Trang 5

Chương I : Cơ sở lý thuyết

 Với mô hình hệ thống phân phối liệu được đưa ra trong đề tài ta có thể thấy khi nhấn nút START thì hệ thống bắt đầu khởi động

 Giả sử 1: Ban đầu Silo chưa có nguyên liệu, cảm biến báo cạn nguyênliệu S1 tác động làm van V2 mở, nguyên liệu được đổ vào Silo

- Sau khi nguyên liệu được đổ đầy Silo, cảm biến báo đầy nguyên liệu

S2 tác động làm đóng van V2 ngừng cung cấp nguyên liệu cho Silo.Đồng thời mở van V1 và khởi động băng tải BT1 BT2 để chuyểnnguyên liệu đến oto, nếu oto đang ở đúng vị trí S4 và cảm biến S3chưa tác động

- Khi oto được đổ đầy nguyên liệu, cảm biến cân nặng S3 (5 tấn) tác

động làm đóng van V1 và dừng băng tải BT1 Bt2, ngừng chuyểnnguyên liệu cho oto

- Oto di chuyển ra khỏi vị trí S4, cảm biến S3 S4 không bị tác động

nữa, chuẩn bị cho quá trình tiếp theo

biến báo đầy S2 không bị tác động

- Oto đi đến vị trí S4, cảm biến S4 tác động làm mở van V1 và khởi

động băng tải BT1 BT2 để chuyển nguyên liệu đến oto

- Khi oto được đổ đầy nguyên liệu, cảm biến cân nặng S3 (5 tấn) tác

động làm đóng van V1 và dừng băng tải BT1 Bt2, ngừng chuyểnnguyên liệu cho oto

- Oto di chuyển ra khỏi vị trí S4, cảm biến S3 S4 không bị tác động

nữa, chuẩn bị cho quá trình tiếp theo

Trang 6

Định nghĩa: Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logiccontroller) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điềukhiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thực hiện thuậttoán đó bằng mạch số

Ưu điểm:

- Nhỏ gọn.

- Dễ thay đổi thuật toán.

- Dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với PLC

khác hoặc với máy tính)

Trang 7

- OB (Organization block): Miền chứa chương trình tổ chức.

- FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành

hàm có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đãgọi nó

- FB (Function block): Miền chứa chương trình con, được tổ

chức thành hàm, có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ mộtkhối chương trình nào khác

- I (Process image input): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số.

- Q (Process image output): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số.

- M: Miền các biến cờ Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ

này để lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập nó theobit (M), byte (MB), bit (M), byte (MB), từ (MW) hay (MW)hay từ kép (MD)

- T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) (Timer) bao gồm

việc lưu giữ giá trị thời gian đặt trước (PV: Preset value), (PV:Preset value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV: Current value)(CV: Current value)

- C: Miền nhớ phục vụ bộ đếm (Counter), (Counter), bao gồm

việc lưu giữ giá trị đặt trước, giá trị đếm tức thời, giá trị logicđầu ra của bộ đếm

- PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự.

- PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module tương tự.

 Vùng chứa các khối dữ liệu Được chia thành 2 loại:

- DB (Data block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành

khối Kính thước và số lượng khối do người sử dụng quy định,phù hợp với từng bài toán điều khiển

- L (Local data block): Miền dữ liệu địa phương, được các khối

chương trình OB, FC, FB OB, FC, FB tổ chức, sử dụng cho cácbiến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thức vớinhững khối chương trình đã gọi nó Nội dung của một số dữliệu trong miền nhớ này sẽ bị xóa khi kết thúc chương trìnhtương ứng trong OB, FC, FB

1.2.2 Các modul mở rộng

Trang 8

+ DI/DO: Digital In/Output

+ AI: Analog Input

+ AO: Analog Output

+ AI/AO: Analog In/Output

- IM (Interface Module): Module ghép nối

- FM (Function Module): Module điều khiển riêng: điều khiển Servo,

- Module nguồn PS (3 loại: 2A, 3A, 5A)

- Module ghép nối IM (Intefare Module): Hệ thu thập dữ liệu và

truyền số liệu

- Module tín hiệu SM (Signal Module):

+ Vào số: 8 kênh, 16 kênh, 32 kênh.

+ Ra số: 8 kênh, 16 kênh, 32 kênh.

+ Vào, ra số: 8 kênh vào 8 kênh ra, 16 kênh vào 16 kênh ra.

+ Vào tương tự: 2 kênh, 4 kênh, 8 kênh.

+ Ra tương tự: 2 kênh, 4 kênh, 8 kênh.

+ Vào, ra tương tự: 2 kênh vào 2 kênh ra, 4 kênh vào 4 kênh ra.

- Module hàm FM (Function Module).

Trang 9

+ Đếm tốc độ cao.

+ Truyền thông CP 340, CP340-1, CP341.

- Module điều khiển CP (Control Module):

+ Module điều khiển PID.

+ Module điều khiển Fuzzy.

+ Module điều khiển rô bot.

+ Module điều khiển động cơ bước.

Trong PLC có những bộ phận được gán địa chỉ đơn như bộ thời gian (T),

bộ đếm (C) chỉ cần một chữ cái đó kèm theo một số là đủ, ví dụ: T1, C32 Các địa chỉ đầu vào và đầu ra cùng với các module chức năng có cách gán địachỉ giống nhau Địa chỉ phụ thuộc vào vị trí gá của module trên Panen Chỗ gámodule trên panen gọi là khe (Slot), các khe đều có đánh số, khe số 1 là kheđầu tiên của và cứ thế tiếp tục

Khi gá module số vào, ra lên một khe nào lập tức nó được mạng địa chỉbyte của khe đó, mỗi khe có 4 byte địa chỉ

Trên mỗi module thì mỗi đầu vào, ra là một kênh, các kênh đều có địachỉ bit là 0 đến 7

Địa chỉ của mỗi đầu vào, ra là số ghép của địa chỉ byte và địa chỉ kênh,địa chỉ byte đứng trước, địa chỉ kênh đứng sau, giữa hai số có dấu chấm Khimodule gá trên khe thì địa chỉ được tính từ byte đầu của khe, các đầu vào và

ra của một khe có cùng địa chỉ

Địa chỉ khe và kênh trên module số

Ví dụ: Module 2 đầu vào, 2 đầu ra số gá vào khe số 5 rãnh 0 có địa chỉ làI4.0, I4.1 và Q4.0, Q4.1

Module số có thể được gá trên bất kỳ khe nào trên panen của PLC

Địa chỉ vào ra trên module tương tự Trong PLC S7-300 người ta dùng 16bit (một word) cho một kênh Một khe có 8 kênh với địa chỉ đầu tiên làPIW256 hoặc PQW256 (byte 256 và 257) cho đến PIW766 hoặc PQW766.Module tương tự có thể được gá vào bất kỳ khe nào trên panen của PLC,các khe trống bao giờ cũng có trạng thái tín hiệu “0”

Ví dụ: Một module tương tự 2 vào, 1 ra gá vào khe số 6 rãnh 0 có địa chỉ

là PIW288, PIW290, PQW288

1.3 Tìm hiểu về HMI (Wincc của simen)

1.3.1 Giới thiệu phần mềm Wincc.

Trang 10

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 vụ việc xử lý và lưu trữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) 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 2000, 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 hạng SCADA (SCADA class) với những chức năng hữu hiệu cho việc điều khiển

WinCC là một hệ thống HMI (Human Machine Interface: tức là giao diện giữa người và máy) cho phép các hoạt động và chấp hành của các quy trình chạy trong máy Truyền thông giữa WinCC và máy diễn ra thông một hệ thống

tự động

WinCC được dùng để hiện thị quá trình và cấu hình một giao diện đồ hoạ người dùng Bạn sẽ sử dụng giao diện người dùng để hoạt động và quan sát quátrình WinCC cung cấp các khả năng sau:

- WinCC cho phép bạn quan sát quá trình Quá trình này được hiển thị

đồ hoạ trên màn hình Màn hình hiển thị được cập nhật mỗi lần một trạng thái trong quá trình thay đổi

- WinCC cho phép bạn vận hành quy trình Ví dụ, bạn có thể chỉ ra một

điểm đặt từ giao diện người dùng hoặc bạn có thể mở một van

- WinCC cho phép bạn giám sát quá trình Một cảnh báo sẽ báo hiệu

một cách tự động trong sự kiện của một trạng thái quá trình nghiêm trọng Nếu một giá trị được định nghĩa trước bị vượt quá, một thông báo sẽ xuất hiện trên màn hình

Trang 11

- WinCC cho phép bạn lưu trữ quá trình Khi làm việc với WinCC,

những giá trị quá trình có thể hoặc được in ra hoặc được lưu trữ theo kiểu điện tử Điều này tạo điều kiện cho thu thập thông tin của quy trình và cho phép truy cập tiếp theo đến dữ liệu sản sinh ra trong quá khứ

WinCC sử dụng công nghệ phần mềm mới nhất Nhờ sự cộng tác chặt chẽgiữa Siemens và Microsoff, người dùng có thể yên tâm với sự phát triển của công nghệ phần mềm mà Microsoft là người dẫn đầu

- Ngay từ hệ thống WinCC cơ sở đã có thể cung cấp tất cả các chức

năng để người dùng có thể khởi động các yêu cầu hiển thị phức tạp Việc gọi những hình ảnh (picture), các cảnh báo (alarm), đồ thị trạng thái (trend), các báo cáo (report) có thể dễ dàng được thiết lập

 Có thể nâng cấp mở rộng dễ dàng từ đơn giản đến phức tạp

- WinCC là một mô đun trong hệ thống tự động hóa, vì thế, có thể sử

dụng nó để mở rộng hệ thống một cách linh hoạt từ đơn giản đến phức tạp từ hệ thống với một máy tính giám sát tới hệ thống nhiều máy giámsát, hay hệ thống có cấu trúc phân tán với nhiều máy chủ (server)

 Có thể phát triển tùy theo từng lĩnh vực công nghiệp hoặc từng yêu cầu công nghệ

- Một loạt các mô đun phần mềm mở rộng định hướng cho từng loại ứng

dụng đã được phát triển sẵn để người dùng lựa chọn khi cần

 Máy tính (Computer): Quản lý tất cả các trạm (WorkStation) và trạm chủ (Server) nằm trong Project

 Quản lý tag (Tag Managerment): Là khu vực quản lý tất cả các kênh, các quan hệ Logic, các tag (biến) quá trình (Tag process), tag (biến) trung gian trong PLC (Tag Internal) và nhóm các nhóm tag (Tag Groups)

 Loại dữ liệu (Data Types): Chứa các loại dữ liệu được gán cho các Tag vàcác kênh khác nhau

 Các trình soạn thảo Editor: Các trình soạn thảo được liệt kê trong vùng này dùng để soạn thảo và điều khiển một dự án hoàn chỉnh, chức năng các

bộ soạn thảo cho như bảng sau:

Trang 12

Tất cả các Modul này đều thuộc hệ thống WinCC nhưng nếu không cầnthiết thì không nhất thiết phải cài đặt hết

Tag (Biến) Tags WinCC là phần tử trung tâm để truy nhập các giá trị quátrình Trong một dự án, chúng nhận một tên và một kiểu dữ liệu duy nhất Kếtnối logic sẽ được gán với WinCC Kết nối này xác định rằng kênh nào sẽchuyển giao giá trị quá trình cho các biến

Các biến được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu toàn dự án Khi một chế độ củaWinCC khởi động, tất cả các biến trong một dự án được nạp và cấu trúc Run –time tương ứng được thiết lập Mỗi biến được lưu trữ trong quản lí dữ liệutheo một kiểu dữ liệu chuẩn

WinCC làm việc với 3 loại Tag:

- Tag nội (Internal Tag): Là Tag không được kết nối với quá trình

dùng để quản lý dữ liệu bên trong 1 project

- Tag quá trình (Process Tag): Là Tag được dùng để trao đổi dữ liệu

giữa WinCC và quá trình tự động Thuộc tính của Tag phụ thuộcvào driver sử dụng

- Tag hệ thống (System Tag): Bắt đầu với ký tự , dùng để quản lý

Project, không thể xóa hay chỉnh sửa System Tag

WinCC quản lý các tag này theo 2 kiểu:

- Kiểu nhóm (Tag group)

- Kiểu cấu trúc (Structure Type)

Trang 13

Nhóm biến chứa tất cả các biến có kết nối logic lẫn nhau Các kiểu dữliệu biến phải gán một trong các kiểu dữ liệu sau cho mỗi biến được định cấuhình Việc gán kiểu dữ liệu cho biến được thực hiện trong khi tạo một biếnmới Kiểu dữ liệu của một biến độc lập với kiểu biến (biến nội hay biến quátrình) Trong WinCC, một kiểu dữ liệu nào đó cũng đều có thể được chuyểnđổi thành kiểu khác bằng cách điều chỉnh lại dạng Các kiểu dữ liệu (dataTypes) có trong WinCC:

- Binary Tag: kiểu nhị phân.

- Signed 8 – Bit Value: kiểu 8 bit có dấu.

- Unsigned 8 – Bit Value: kiểu 8 bit không 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 8 bit character set: kiểu ký tự 8 bit.

- Text Tag 16 bit character set: kiểu ký tự 16 bit.

1.3.2 Những ưu điểm của Wincc.

WinCC kết hợp các bí quyết của Siemens, công ty hàng đầu trong tựđộng hóa quá trình, và năng lực của Microsoft, công ty hàng đầu trong việcphát trỉên phần mềm cho PC Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các

hệ thống có quy mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợpvới những ứng dụng có quy mô toàn công ty như việc tích hợp với những hệthống cấp cao như MES (Manufacturing Excution System - Hệ thống quản lýviệc thực hiện sản suất) và ERP (Enterprise Resource Planning) WinCC cũng

có thể sử dụng trên cơ sở quy mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của Siemens

có mặt khắp nơi trên thế giới Ở Việt Nam hệ thống của Siemens được tài trợđưa vào hệ đào tạo chính thức

Trang 14

Chương II : Thiết kế hệ thống.

2.1 Lựa chọn thiết bị

Trang 15

Hình 2.1.1: PLC S7-300 với CPU 314 IFM

Trong nội dung của đề tài này nhóm chúng em chọn PLC S7-300 củasimen với CPU 314 IFM, gồm 20 đầu vào số,16 đầu ra số, 4 ngõ vào tương tựtích hợp sẵn PIW128, PIW130, PIW132, PIW134 1 ngõ ra tương tự tích hợpsắn

 Động cơ điện.

Hình 2.1.2: Động cơ không đồng bộ ba pha

Với đề tài này em chọn động cơ không đồng bộ 3 pha có

thông số sau:

- Hãng sản xuất: Seimens

Trang 16

Căn cứ vào nội dung của đề tài nhóm chúng em chọn và sử dụng loại

van đó là van điện từ

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Van điện từ - Solenoid Valve

- Van điện từ có nhiều loại, cấu tạo cũng khác biệt nhau Van điện từ

là van hoạt động điện cơ Van được điều khiển bởi dòng điện thôngqua tác dụng của lực điện từ Đối với loại van 2 cửa, cửa ra và cửavào sẽ được đóng mở thay phiên nhau (nghĩa là cửa vào đóng thìcửa ra mở và ngược lại)

 Cảm biến: Gồm 3 loại cảm biến.

Cảm biến đo mức: Lựa chọn cảm biến tiệm cận.

Trang 17

Hình 2.1.4: Cảm biến tiệm cận Omron.

- Nguyên tắc hoạt động: Phát hiện theo nguyên tắc tĩnh điện (sự

thay đổi điện dung giữa vật cảm biến và đầu sensor), có thể pháthiện tất cả vật

- Mặc dù khá đa dạng về chủng loại, song cơ bản thì van điện từ hoạt

động theo một nguyên lý chung

- Là có 1 cuộn điện, trong đó có 1 lõi săt và 1 lò so nén vào lõi sắt

đó, lõi sắt đó lại tỳ vào đầu 1 gioăng cao su Như vậy, bình thườngkhông có điện thì lò so ép vào lõi sắt, để đóng van Khi có dòngđiện vào, cuộn dây sinh từ trường hút lõi sắt ra, từ trường này đủmạnh thắng được lò so, khi đó van mở ra (Loại Van điện từthường đóng – NC)

Cảm biến thu phát độc lập: Lựa chọn cảm biến hồng ngoại thu phát độc lập.

Trang 18

Cảm biến khối lượng

Hình 2.1.6: Cảm biến khối lượng.

- Nguyên tắc hoạt động: Khi đặt một vật đủ nặng (vd: 5 tấn) lên trên

cảm biến, cảm biến sẽ tác động

 Khởi động từ

Khởi động từ là một loại khí cụ điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng– ngắt, đảo chiều và bảo vệ quá tải (nếu có lắp thểm rơle nhiệt) các động cơkhông đồng bộ ba pha rôto lồng sóc Khởi động từ có một Contactor gọi làkhởi động từ đơn thường để đóng – ngắt động cơ điện Khởi động từ có haiContactor là khởi động từ kép dùng để thay đổi chiều quay của động cơ gọi làkhởi động từ đảo chiều Muốn bảo vệ ngắn mạch phải lắp thêm cầu chì

Hình 2.1.7:Khởi động từ.

Định dạng
Số trang	36
Dung lượng	1,08 MB