Hệ thu thập dữ liệu và điều khiển Hệ thống có hai chế độ hoạt động bằng tay (MANUAL) và tự động (AUTO). Ấn START hệ thống hoạt động đèn START báo. Để chạy chế độ tự động nhấn nút AUTO : BƠM 1 hoạt động bơm nhiên liệu 1 vào thùng chứa. Khi nhiên liệu 1 được bơm tới mức S1 BƠM 1 dừng, BƠM 2 hoạt động bơm nhiên liệu 2 vào thùng chứa. Khi bơm tới mức S2 BƠM 2 dừng, Động cơ khuấy bắt đầu hoạt động để trộn nhiên liệu trong khoảng 10s. Sau khi khuấy xong VAN XẢ mở ra để xả nhiên liệu trong 10s sau đó VAN XẢ đóng lại. Trễ 2s hệ thống hoạt động lặp lại. Ấn STOP hệ thống dừng hoạt động. Để chạy chế độ bằng tay nhấn nút MANUAL: Nhấn nút ONB1 BƠM 1 hoạt động bơm nhiên liệu vào thùng chứa bơm đến S1 BƠM 1 dừng. Nhấn nút ONB2 BƠM 2 hoạt động bơm nhiên liệu vào thùng chứa bơm đến S2 BƠM 2 dừng. Nhấn nút ONT ĐC trộn hoạt động khuấy trong vòng 10s ĐC trộn dừng. Nhấn nút ONV VAN XẢ mở xả nhiên liệu trong 10s sau đó VAN XẢ đóng lại.
Đại học Công nhiệp Hà Nội Bộ môn Đo lường & Điều khiển BÀI TẬP LỚN MÔN HỆ THU THẬP ĐIỀU KHIỂN & TRUYỀN SỐ LIỆU Đề: Cho hệ thống trộn nhiên liệu gồm bồn chứa, máy bơm PUMP bơm nhiên liệu 1, PUMP bơm nhiên liệu ĐC trộn để khuấy nhiên liệu Cảm biến báo nhiên liệu 1, cảm biến báo nhiên liệu Video chi tiết: https://www.youtube.com/watch? v=XRxNg0ARfUs&feature=youtu.be Đại học Công nhiệp Hà Nội Bộ môn Đo lường & Điều khiển I, Cơ sở lý thuyết Giới thiệu s7-300 WinCC viết phần mềm TIA Portal v13 sp1, dùng WinCC RunTime Professional version v13.0.1.0 • Giới thiệu thiết bị khả trình Thiết bị điều khiển logic khả trình (Progarammable Logic Controller) loại thiết bị thực linh hoạt thuật tốn điều khiển số thơng qua ngơn ngữ lập trình, thay phải thực thuật tốn mạch số Như vậy, PLC điều khiển gọn nhẹ dễ trao đổi thơng tin với mơi trường bên ngồi (với PLC máy tinh khác) Tồn chương trình điều khiển lưu trữ nhớ PLC dạng khối chương trình thực theo chu kì vòng qt (scan) Để thực chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có chức máy tính, nghĩa phải có vi sử lí (CPU), hệ điều hành , nhớ để lưu chương trình điều khiển, liệu tất nhiên phải có thiết bị vào để giao tiếp với đ thông tin với mơi trường xung quanh Bên cạnh nhằm khắc phục tốn điều khiển số PLC cần phải có thêm số khối chức đặc biệt đếm (Counter), định thời (Timer) … khối hàm chuyên dùng Ưu điểm điều khiển lập trình so với nối dây: - Tính mở rộng: khả mở rộng sử lí cách thay đổi chương trình lập trình cách dễ dàng - Độ tin cậy cao - Cách kết nối thiết bị điều khiển đơn giản - Hình dáng PLC gọn nhẹ - Giá thành chi phí lắp đặt thấp - Phù hợp với môi trường công nghiệp Các ứng dụng PLC sản xuất dân dụng : - Hệ thống sử lí nước - Cơng nghệ thực phẩm - Công nghệ chế biến dầu mỏ - Công nghệ sản xuất vi mạch - Điều khiển máy công cụ - Điều khiển giám sát dây chuyền sản xuất - Điều khiển hệ thống đèn giao thơng • Các module PLC S7-300 Để tăng tính mềm dẻo ứng dụng thực tế mà phần lớn đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu chủng loại tín hiệu vào/ra khác mà điều khiển PLC thiết kế khơng bị cứng hố cấu hình Chúng chia nhỏ thành module Số module sử dụng nhiều hay tuỳ thuộc vào tốn, song tối thiểu có module (module CPU, module nguồn) Các module lại module truyền nhận tín hiệu với đối tượng điều khiển, chúng gọi module mở rộng Tất module gá Rack • Module CPU: Đại học Cơng nhiệp Hà Nội Bộ môn Đo lường & Điều khiển Đại học Công nhiệp Hà Nội Bộ môn Đo lường & Điều khiển Đây loại module có chứa vi xử lý, hệ điều hành, nhớ, thời gian, đếm, cổng truyền thơng,… có cổng vào/ra số Các cổng vào/ra tích hợp CPU gọi cổng vào onboard Trong họ PLC S7-300, module CPU có nhiều loại đặt tên theo vi xử lý bên : CPU 312, CPU 314, CPU 316,… Những module vi xử lý khác số cổng vào/ra onboard khối hàm đặc biệt phân biệt cụm chữ IFM (Intergrated Function Module) Ví dụ CPU 312IFM, CPU 314IFM,… Ngồi ra, có loại module CPU có hai cổng truyền thơng, cổng thứ hai dùng để nối mạng phân tán mạng PROFIBUS (PROcess Field BUS) Loại kèm với cụm từ DP (Distributed Port) tên gọi Ví dụ module CPU315-DP • Module mở rộng: Các module mở rộng thành loại : PS (Power Supply): module nguồn module tạo nguồn có điện áp 24Vdc cấp nguồn cho module khác Có loại: 2A, 5A 10A 2SM (Signal Module): Module mở rộng vào/ra, bao gồm : a) DI (Digital Input): module mở rộng cổng vào số Số cổng vào số mở rộng 8, 16 32 tuỳ thuộc vào loại module b) DO (Digital Output): module mở rộng cổng số Số cổng vào số mở rộng 8, 16 32 tuỳ thuộc vào loại module Đại học Công nhiệp Hà Nội Bộ môn Đo lường & Điều khiển c) DI/DO (Digital Input/Digital Otput): module mở rộng cổng vào/ra số Số cổng vào/ra số mở rộng vào/8 16 vào/16 tuỳ thuộc vào loại module d) AI (Analog Input): module mở rộng cổng vào tương tự Bản chất chúng chuyển đổi tương tự sang số (ADC) Số cổng vào tương tự 2, tuỳ loại module, số bit 8,10,12,14,16 tùy theo loại module e) AO (Analog Output): module mở rộng cổng tương tự Chúng chuyển đổi từ số sang tương tự (DAC) Số cổng tương tự tuỳ loại module f) AI/AO (Analog Input/Analog Output): module mở rộng vào/ra tương tự Số cổng vào tương tự vào/2 vào/4 tuỳ loại module IM (Interface Module): Module kết nối Đây loại module dùng để kết nối nhóm module mở rộng thành khối quản lý module CPU Thông thuờng module mở rộng gá liền rack Mỗi rack gá nhiều module mở rộng (không kể module CPU module nguồn) Một module CPU làm việc nhiều với rack rack phải nối với module IM FM (Function Module) : Module có chức điều khiển riêng như: module điều khiển động bước, module điều kiển động servo, module PID,… Đại học Công nhiệp Hà Nội Bộ môn Đo lường & Điều khiển CP (Communication Processor) : Module truyền trông PLC với PLC hay PLC với PC • Cấu trúc chương trình Chương trình cho S7-300 lưu nhớ PLC vùng dành riêng cho chương trình Ta lập trình với hai dạng cấu trúc khác nhau: • Lập trình tuyến tính Tồn chương trình điều khiển nằm khối nhớ Loại lập trình cấu trúc thích hợp cho tốn tự động nhỏ, không phức tạp B1 Lệnh Lệnh … Khối chọn khối OB1, khối mà PLC ln qt thực lệnh thường xuyên, từ lệnh đến lệnh cuối quay lại lệnh Lập trình cấu trúc Chương trình chia thành phần nhỏ với nhiệm vụ riêng biệt phần nằm khối chương trình khác Loại lập trình có cấu trúc phù hợp với toán điều khiển nhiều nhiệm vụ phức tạp Các khối : - Khối OB (Organization Block): khối tổ chức quản lý chương trình điều khiển Có nhiều loại khối OB với chức khác Chúng phân biệt với số nguyên theo sau nhóm ký tự OB, ví dụ OB1, OB35, OB80… - Khối FC (Program Block): khối chương trình với chức riêng biệt giống chương trình hay hàm (chương trình co có biến hình thức) Một chương trình ứng dụng có nhiều khối FC khối FC phân biệt với số nguyên theo sau nhóm ký tự FC, chẳng hạn FC1, FC2, … - Khối FB (Function Block): khối FC đặt biệt có khả trao đổi lượng liệu lớn với khối chương trình khác Các liệu phải tổ chức thành khối liệu riêng gọi Data Block Một chương trình ứng dụng có nhiều khối FB khối FB phân biệt với số nguyên theo sau nhóm ký tự FB Chẳng hạn FB1, FB2, … - Khối DB (Data Block): khối liệu cần thiết để thực chương trình Các Đại học Công nhiệp Hà Nội Bộ môn Đo lường & Điều khiển tham số khối người sử dụng tự đặt Một chương trình ứng dụng có nhiều khối DB khối DB phân biệt với số nguyên theo sau nhóm ký tự DB Chẳng hạn DB1, DB2, … Chương trình khối liên kết với lệnh gọi khối chuyển khối Các chương trình phép gọi lồng nhau, tức từ chương trình gọi chương trình khác từ chương trình gọi lại gọi chương trình thứ Hệ Điều Hành OB1 FC1 FB5 FB2 FB9 FC3 FC7 Các khối OB đặc biệt OB10 (Tinme of Day Interrupt ): Chương trình khối OB10 thực giá trị thời gian đồng hồ thời gian thực nằm khoảng thời gian quy định Việc quy định khoảng thời gian hay số lần gọi OB10 thực nhờ chương trình hệ thống SFC28 hay bảng tham số module CPU nhờ phần mềm STEP OB20 (Time Relay Interrupt): Chương trình khối OB20 thực hiệnsau khoảng thời gian trễ đặt trước kể từ gọi chương trình hệ thống SFC32 để thực đặt thời gian trễ OB35 (Cyclic Interrupt): Chương trình khối OB35 thực cách khoảng thời gian cố định Mặc định, khoảng thời gian 100ms, ta thay đổi nhờ STEP OB40 (Hardware Interrupt): Chương trình khối OB40 thực xuất tín hiệu báo ngắt từ ngoại vi đưa vào CPU thông qua cổng onboard đặc biệt, thông qua module SM, CP, FM OB80 (Cycle Time Fault ): Chương trình khối OB80 thực thời gian vòng quét (scan time) vượt khoảng thời gian cực đại qui định có tín hiệu ngắt gọi khối OB mà khối OB chưa kết thúc lần gọi trước Thời gian quét mặc định 150ms OB81 (Power Supply Fault): Chương trình khối OB81 thực thấy có xuất lỗi nguồn ni OB82 (Diagnostic Interrupt): Chương trình khối OB82 thực có cố từ module mở rộng vào/ra Các module phải module có khả tự kiểm tra (diagnostic cabilities) OB87 (Communication Fault): Chương trình khối OB87 thực có Đại học Cơng nhiệp Hà Nội Bộ mơn Đo lường & Điều khiển xuất lỗi truyền thơng OB100 (Start Up Information): Chương trình khối OB100 thực lần CPU chuyển từ trạng thái STOP sang RUN OB101 (Cold Start Up Information-chỉ với S7-400): Chương trình khối OB101 thực lần công tắt nguồn chuyển từ trạng thái OFF sang ON 11OB121 (Synchronous Error): Chương trình khối OB121 thực CPU phát thấy lỗi logic chương trình đổi sai kiểu liệu hay lỗi truy nhập khối DB, FC, FB nhớ OB122 (Synchronous Error): Chương trình khối OB122 thực có lỗi truy nhập module chương trình 1gơn ngữ lập trình PLC S7 300 có ngơn ngữ lập trình STL, LAD, FBD nhằm phục vụ cho đối tượng sử dụng khác Tuy nhiên chương trình viết LAD FBD chuyển sang STL ngược lại khơng Và STL có nhiều lệnh mà ngơn ngữ LAD FBD khơng có Đây mạnh STL STL FBD LAD Giới thiệu HMI WinCC viết phần mềm TIA Portal v13 sp1, dùng WinCC RunTime ADVANCE version v13.0.1.0 HMI ? Nó đơn giản thiết bị , giao diện trung gian để giao tiếp người vận hành máy móc thiết bị HMI viết tắt ba chữ tiếng Anh: Human-Machine-Interface Màn hình HMI sử dụng phổ biến rộng rãi cơng nghiệp, có vai trò vơ quan trọng phần kết nối người vận hành thiết bị máy móc Đại học Công nhiệp Hà Nội Bộ môn Đo lường & Điều khiển • Phần mềm WinCC Simen Phần mềm WinCC Siemens phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) phục vụ việc xử lý lưu trữ liệu hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa WinCC chữ viết tắt Windows Control Center (Trung tâm điều khiển chạy Windows), nói cách khác, cung cấp cơng cụ phần mềm để thiết lập giao diện điều khiển chạy hệ điều hành Microsoft Windows NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1) Trong dòng sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA (SCADA class) với chức hữu hiệu cho việc điều khiển WinCC kết hợp bí Siemens, cơng ty hàng đầu tự động hóa q trình, lực Microsoft, công ty hàng đầu việc phát trỉên phần mềm cho PC Ngồi khả thích ứng cho việc xây dựng hệ thống có quy mơ lớn nhỏ khác nhau, WinCC dễ dàng tích hợp với ứng dụng có quy mơ tồn cơng ty việc tích hợp với hệ thống cấp cao MES (Manufacturing Excution System - Hệ thống quản lý việc thực sản suất) ERP (Enterprise Resource Planning) WinCC sử dụng sở quy mơ tồn cầu nhờ hệ thống trợ giúp Siemens có mặt khắp nơi giới Để xây dựng giao diện HMI Wincc thi phần cứng phải bao gồm thiết bị PLC s7 xxx, ta sửu dụng PLC s7 300 Simen dựa theo đầu u cầu cơng nghệ • Cấu trúc Control Center sau : Control center - WinCC Exploser Control Center : giao diện đồ họa cho cấu hình Window 95 Window NT - Quản lí liệu : cung cấp ảnh trình với Tag giá trị theo loại sau : + Chu kì Đại học Cơng nhiệp Hà Nội Bộ môn Đo lường & Điều khiển +Chu kì thay đổi +Điều khiển kiện thời gian - Truyền liệu từ hệ thống tự động hóa thwo cách : + Nhận + Yêu cầu Những moodun chức - Hệ thống đồ họa Graphich Designer : trình bày nối trình đồ họa - Soạn thảo hoạt động Global Scrip: làm dự án cho yêu cầu đặc biệt - Hệ thống thông báo Alarm Logging : Những thông báo đầu thông báo nhận thông tin đầu - Soạn thảo lưu trữ nhũng liệu cho phép đo TagLogging - Hệ thống báo cáo Report Designer : báo cáo trạng thái hệ thống Control Center làm cho ta định hướng xuyên qua ứng dụng WinCC liệu qua thao tác Control Center thao tác tương tự giống Exploser Windows Trong WinCC bao gồm sở liệu: dành cho việc định dạng hệ thống CS , dành cho việc chạy thời gian thực Runtime Khi chạy Wincc sở liệu tải vào sử dụng song song Trong WinCC có nhiều loại dự án khác tùy thuộc vào công việc quy mô dự án - Dự án đơn Singed – User Project - Dự án nhiều người dùng Multi – User Project - Dự án nhiều máy khách Multi – Client Project • Các thành phần dự án WinCC : 10 Đại học Công nhiệp Hà Nội Bộ môn Đo lường & Điều khiển Nội dung I Phân tích cơng nghệ Hệ thống có hai chế độ hoạt động tay (MANUAL) tự động (AUTO) Ấn START hệ thống hoạt động đèn START báo - Để chạy chế độ tự động nhấn nút AUTO : BƠM hoạt động bơm nhiên liệu vào thùng chứa Khi nhiên liệu bơm tới mức S1 BƠM dừng, BƠM hoạt động bơm nhiên liệu vào thùng chứa Khi bơm tới mức S2 BƠM dừng, Động khuấy bắt đầu hoạt động để trộn nhiên liệu khoảng 10s Sau khuấy xong VAN XẢ mở để xả nhiên liệu 10s sau VAN XẢ đóng lại Trễ 2s hệ thống hoạt động lặp lại Ấn STOP hệ thống dừng hoạt động - Để chạy chế độ tay nhấn nút MANUAL: Nhấn nút ONB1 BƠM hoạt động bơm nhiên liệu vào thùng chứa bơm đến S1 BƠM dừng Nhấn nút ONB2 BƠM hoạt động bơm nhiên liệu vào thùng chứa bơm đến S2 BƠM dừng Nhấn nút ONT ĐC trộn hoạt động khuấy vòng 10s ĐC trộn dừng Nhấn nút ONV VAN XẢ mở xả nhiên liệu 10s sau VAN XẢ đóng lại 12 Đại học Cơng nhiệp Hà Nội Chọn thiết bị • Các nút nhấn NO • role trung gian IDEC • Các khởi động từ LS MC-9b Bộ môn Đo lường & Điều khiển 13 Đại học Cơng nhiệp Hà Nội • Bộ mơn Đo lường & Điều khiển Động bơm: động không đồng pha 380V-0.75kW • Động máy khuấy: động khơng đồng pha 380V-0.5kW • Cảm biến Dùng phao 14 Đại học Công nhiệp Hà Nội • Chọn CPU 314C-2PN/DN Sơ đồ nối dây Bộ môn Đo lường & Điều khiển 15 Đại học Công nhiệp Hà Nội Bộ môn Đo lường & Điều khiển 16 Đại học Công nhiệp Hà Nội Bộ môn Đo lường & Điều khiển Bảng định Name Address I-START I0.0 Chạy hệ thống I-STOP I0.1 Dừng hệ thống I-MANUAL I0.2 Chọn chế độ tay I-AUTO I0.3 Chọn chế độ tự động S1 I0.4 Cảm biến S1 S2 I0.5 Cảm biến S2 I-B1 I0.6 Điều khiển BƠM chế độ tay I-B2 I0.7 Điều khiển BƠM chế độ tay I-TRON I1.0 Điều khiển ĐC trộn chế độ tay I-XA I1.1 Điều khiển VAN XẢ chế độ tay BƠM Q0.0 BƠM Q0.1 ĐC TRỘN Q0.2 VAN XẢ Q0.3 RUN Q0.4 AUTO Q0.5 MANUAL Q0.6 Comment Chương trình điều khiển 17 Đại học Công nhiệp Hà Nội Bộ môn Đo lường & Điều khiển 18 Đại học Công nhiệp Hà Nội Bộ môn Đo lường & Điều khiển 19 Đại học Công nhiệp Hà Nội Bộ môn Đo lường & Điều khiển 20 Đại học Công nhiệp Hà Nội Bộ môn Đo lường & Điều khiển Giao diện điều khiển 21 Đại học Công nhiệp Hà Nội Bộ môn Đo lường & Điều khiển Vai trò thiết bị giao thức truyền thơng chúng mơ hình phân cấp chức hệ thống mạng công ty PROFINET Profinet chuẩn mở hệ thống tự động hóa dựa tảng Ethernet cơng nghiệp.Profinet cung cấp chức tự động phân phối , tích hợp thiết bị có sẵn , hoạt động điều hành , ứng dụng thời gian thực Profinet đáp ứng tất yêu càu CNTT Hệ thống tự động hóa Việc sử dụng chuẩn mở , khả xử lý đơn giản khả tích hợp nhiều hệ thống có sẵn định nghĩa từ đầu Profinet Profinet tích hợp IEC 61158 Profinet có tầm nhìn dài hạn việc phát triển cơng nghệ.Nhờ đó, chi phí phát sinh hệ thống máy móc trình cài đặt , khởi động vận hành giảm xuống tối đa.Hơn nữa, Profinet giúp cho việc mở rộng kết nối máy móc trở nên dễ dàng nhiều , đồng thời việc hoạt động hoàn tồn độc lập , khơng phụ thuộc vào Với Profinet, yêu cầu tối thiểu truyền thông liệu cần thiết lập tự động sau: • - - - - 22 Đại học Công nhiệp Hà Nội Bộ môn Đo lường & Điều khiển + 100 Mbps liệu dùng dây đồng cáp quang + Chuyển mạch Ethernet + Tự động cân thơng số truyền + Switch có tính tự động gửi nhận + Kết nối không dây(Wlan Bluetooth) - - Profinet sử dụng giao thức UDP/IP cho lệnh giao tiếp liệu UDP có đặc tính không bảo mật , không đảm bảo tin cậy truyển broadcast kết hợp với IP Song song với việc sử dụng UDP/IP vòng giao tiếp liệu profinet dựa khái niệm thời gian thực có khả mở rộng Ưu điểm Profinet: + Hiệu năng: Tự động hóa ttong thời gian thực + An tồn : Truyền thơng đảm bảo an tồn + Phân tích : Do vận hành nhanh chóng khả xử lý cố hiệu + Đầu tư hiệu quả: Tích hợp nhiều mạch hệ thống fieldbus - Ngồi ra, Profinet cung cấp chức sau: + Khả mặt kỹ thuật + Các thông số thiết bị bảo vệ tách biệt không chịu ảnh hưởng thiết bị khác + Tạo số sơ đồ Topo thiết bị + Quản lý thiết bị + Truyền tải liệu xác theo thời gian + Cung cấp hệ thống dự phòng + Dễ dàng thay thiết bị PROFIBUS Công nghệ Profibus bus trường chuẩn mở rộng không phụ thuộc vào nhà sản xuất, ứng dụng lĩnh vực tự động hóa Profibus sản xuất theo • - 23 Đại học Cơng nhiệp Hà Nội - Bộ môn Đo lường & Điều khiển chuẩn quốc tế EN 50170 EN 50254 Profibus cho phép truyền thông thiết bị nhà sản xuất khác mà không cần điều chỉnh đặc biệt giao diện Profibus dùng cho ứng dụng đòi hỏi tính thời gian với tốc độ cao nhiệm vụ truyền thông phức tạp - Kết nối máy tính S7-300: + Kết nối dùng MPI(19,2 or 38,4 kbps, ổn định 19,2 kbps) + Kết nối dùng Card Profibus CP 5611,CP5613(