CAP NUOC CHO NHA CAO TANG BANG PLC s7 1200

Qua bài tập của đồ án môn học tôi sẽ giới thiệu về lập trình PLC và ứng dụng nó vào cung cấp nước cho nhà cao tầng Đề Tài gồm những nội dung sau đây: Chương 1 Tổng quan về Scada trong Ti

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, yêu cầu ứng dụng tự động hóa ngày càng cao vào trong đời sốngsinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự dộng, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ…) Mặtkhác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làmxuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả trình PLC

Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩmlớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế Các công ty, xí nghiệp sản xuất thường sửdụng công nghệ lập trình PLC sử dụng các loại phần mềm tự động Dây truyền sảnxuất tự động PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quảcao đáp ứng được kịp thời cho đời sống xã hội Qua bài tập của đồ án môn học tôi

sẽ giới thiệu về lập trình PLC và ứng dụng nó vào cung cấp nước cho nhà cao tầng

Đề Tài gồm những nội dung sau đây:

Chương 1 Tổng quan về Scada trong Tia Portal S7-1200

Chương 2 Chương trình hệ thống cấp nước cho nhà cao tầng trên

MỤC LỤC

Hình 2.1 Sơ đồ kết nối giữa PLC và PC systems

Hình 2.2 Màn hình chính

Hình 2.3 Màn hình tự động

Hình 2.4 Màn hình điều khiển bằng tay

Hình 2.5 Biểu tượng Tia Portal V13

MỤC LỤC BẢNG

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SCADA TRONG TIA PORTAL S7 12001.1 Giới thiệu về phần mềm WinCC

WINCC là chữ viết tắt của Windows Control Center Đây là phần mềm ứngdụng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu của hệ thống tự động hóa quá trìnhsản xuất Việc sử dụng những bộ điều kiển lập trình riêng lẻ không đáp ứng đượcyêu cầu điều khiển của hệ thống SCADA, cần phải kết hợp thêm các bộ hiển thịHMI (Human Machine Interface - Giao diện người-máy)

Hình 1.1 Hệ thống WinCC

Trong lĩnh vực tự động hóa trong công nghiệp WINCC là một trong nhữngphần mềm HMI chuyên dùng của hãng SIEMEN để quản lý, thu thập dữ liệu vàđiều khiển quá trình công nghiệp WinCC được sử dụng để thể hiện quá trình hoạtđộng của quá trình sản xuất và khai thác giao diện sử dụng đồ họa cho người vậnhành

WinCC cho phép người vận hành quan sát hoạt động của quá trình thông quacác hình ảnh đồ họa trên màn hình máy tính

WinCC còn cho phép người vận hành thực hiện các thao tác điều khiển tới quátrình sản xuất Ví dụ người vận hành có thể thay đổi giá trị đặt cho một biến quátrình hay thay đổi % phần trăm độ mở van từ giao diện đồ họa trên màn hình

Một cảnh báo sẽ tự động tạo ra trong trường hợp trạng thái quá trình có vấn đề,

ví dụ một biến quá trình có giá trị vượt quá giá trị cho phép, ngay lập tức một thôngbáo sẽ xuất hiện trên màn hình

Các giá trị, thông số của quá trình được in ra hoặc lưu trữ tự động

Các đặc điểm nổi bật của WinCC:

- Lỡ một phần của Siemens TIA(Totally Integrated Automation-tự động hóa tích hợphoàn toàn), WinCC làm việc rất hiệu quả với các hệ thống tự động sử dụng các sảnphẩm thuộc dòng SIMATIC Các hệ thống tự động hóa sử dụng thiết bị từ nhờ sảnxuất khác cũng đợc hỗ trợ

- Dữ liệu của WinCC có thể được thay đổi với các giải pháp IT khác thông qua cácchuẩn giao tiếp, như với chương trình Microsoft Excel

- Giao diện chương trình mở của WinCC cho phép ngời sử dụng kết nối với chươngtrình của mình để điều khiển quá trình và dữ liệu quá trình

Cấu hình WinCC có thể được sửa đổi mọi lúc

WinCC là một hệ thống HMI tương thích với Internet

WINCC còn là một chương trình ứng dụng 32 bit hướng đối tượng có thể chạytrên hệ điều hành 32 bit từ Windows 95, Windows 98, Windows XP Chương trìnhcho phép thực hiện đa nhiệm vụ, đảm bảo phản ứng nhanh chóng với các ngắt và độ

an toàn chống lại sự mất dữ liệu bên trong ở mức độ cao Nếu chạy trên nềnWindows NT, WINCC còn cung cấp các chức năng để tạo sự an toàn và phục vụnhư một servers trong hệ thống có nhiều người sử dụng Với giao diện thân thiện,WINCC có nhiều công cụ và lệnh mạnh giúp cho cán bộ quản lý cũng như cácchuyên gia kỹ thuật của các doanh nghiệp nhà máy khai thác có hiệu quả trong trìnhnày

• Tools window: nơi chứa tất cảc đối tượng có thể được đặt trên màn hình

• Thuộc tính window: chỉ biểu diễn tùy thuộc vào thuộc tính của đối tượng được chọn

• Output Window chỉ ra các tin nhắn chẩn đoán, ví dụ lỗi khi biên dịch project

• Project tree: cây chương trình, chúng ta có thể lựa chọn các biến Tag, kểu kết nốiConnection, hay sreen màn hình hiển thị đối tượng,

1.1.2 Kết nối WinCC

Màn hình khi đã kết nối WinCC và PLC

Hình 1.3 Màn kết nối của WinCC 1.2 Giới thiệu plc s7-1200

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm 1200 dùng để thay thế dần cho

S7-200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:

- S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểmsoát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và mộttập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn choứng dụng sử dụng với S7- 1200

- Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào vàmạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ramột PLC mạnh mẽ Sau khi người dùng tải xuống một chương trình,CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển cácthiết bị nằm trong ứng dụng CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổingõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao gồm các hoạtđộng như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp vàviệc truyền thông với các thiết bị thông minh khác

- Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và

chương trình điều khiển:

+ Người dùng có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mãnằm trong một khối xác định

+ Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người dùngcấu hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU

- CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạngPROFINET Các module truyền thông là có sẵn dành cho việc giao tiếpqua các mạng RS232 hay RS485

- Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềmnày đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diệnHMI

 Bộ phận kết nối nguồn

 Các bộ phận kết nối nối dây của ngườidùng có thể tháo được (phía sau các nắpche)

 Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phíatrên

 Các LED trạng thái dành cho I/O tíchhợp

 Bộ phận kết nối PROFINET (phía trêncủa CPU)

Hình 1 4 Cấu trúc PLC S7-1200

Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượnggiúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khácnhau

Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)

• 3 tại 80 kHz

1 tại 20 kHz

6

• 3 tại 100kHz 3 tại 30kHz

• 3 tại 80kHz 3 tại

20 kHz

Các module truyền thông 3 (mở rộng về bên trái)

Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)

Thời gian lưu giữ đồng hồ

Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 40oC

thời gian thựcPROFINET 1 cổng truyền thông EthernetTốc độ thực thi tính toán

thực

18 μs/lệnh

Tốc độ thực thi Boolean 0,1 μs/lệnh

Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu

để mở rộng dung lượng của CPU Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module

truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác

Bảng 1 2 Các module tín hiệu và truyền thông

Kiểu tương tự 4 x Analog In 8 x

Analog In

2 x Analog In 4 xAnalog In 4 x Analog In / 2 x Analog Out

Bảng tín hiệu (SB)

truyền thông (CM)

1.3 Làm việc với phần mềm Tia Portal

1.3.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic – tích hợp lập trình PLC và HMI

 Step 7 basic là hệ thống kỹ thuật đồng bộ đảm bảo hoạt động liên tục hoàn hảo

 Một hệ thống kỹ thuật mới

 Thông minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật và cấu hình mạng, lậptrình, chẩn đoán và nhiều hơn nữa

Lợi ích với người dùng:

-Trực quan : dễ dàng để tìm hiểu và dễ dàng để hoạt động

-Hiệu quả : tốc độ về kỹ thuật

-Chức năng bảo vệ : Kiến trúc phần mềm tạo thành một cơ sở ổn định cho sự đổimới trong tương lai

1.3.2 Kết nối qua giao thức TCP/IP

- Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP

- Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là cácđịa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau

1.3.3 Cách tạo một Project

Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V13

Hình 1.5 Biểu tượng Tia Portal V13

Bước 2 : Click chuột vào Create new project để tạo dự án.

Hình 1 6 Màn hình chính

Bước 3 : Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn Create

Hình 1 7 Tạo create new project

Bước 4 : Chọn Configure a device

Hình 1 8 Chọn configure a device

Bước 5 : Chọn add new device

Hình 1 9 Chọn add new device

Bước 6 : Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add

Hình 1 10 Chọn loại CPU PLC

Bước 7 : Project mới được hiện ra

Hình 1 11 Project mới 1.3.4 TAG của PLC / TAG local

Tag của PLC

- Phạm vi ứng dụng : giá trị Tag có thể được sử dụng mọi khối chức năng trongPLC

- Ứng dụng : binary I/O, Bits of memory

- Định nghĩa vùng : Bảng tag của PLC

- Miêu tả : Tag PLC được đại diện bằng dấu ngoặc kép

Tag Local

- Phạm vi ứng dụng : giá trị chỉ được ứng dụng trong khối được khai báo, mô tảtương tự có thể được sử dụng trong các khối khác nhau cho các mục đích khácnhau

- Ứng dụng : tham số của khối, dữ liệu static của khối, dữ liệu tạm thời

- Định nghĩa vùng : khối giao diện

- Miêu tả : Tag được đại diện bằng dấu #

Sử dụng Tag trong hoạt động

Hình 1.12 Tag trong hoạt động

- Layout : bảng tag PLC chứa các định nghĩa của các Tag và các hằng số có giátrị trong CPU Một bảng tag của PLC được tự động tạo ra cho mỗi CPU được

sử dụng trong project

- Colum : mô tả biểu tượng có thể nhấp vào để di chuyển vào hệ thống hoặc cóthể kéo nhả như một lệnh chương trình

- Name : chỉ được khai báo và sử dụng một lần trên CPU

- Data type : kiểu dữ liệu chỉ định cho các tag

- Address : địa chỉ của tag

- Retain : khai báo của tag sẽ được lưu trữ lại

- Comment : comment miêu tả của tag

Nhóm tag : Tạo nhóm tag bằng cách chọn add new tag table

Hình 1.13 Tạo nhóm tag

Tìm và thay thế tag PLC

Hình 1.14 Tìm và thay thế tag PLC

Ngoài ra còn có một số chức năng sau:

- Lỗi tag

- Giám sát tag của plc

- Hiện / ẩn biểu tượng

- Đổi tên tag : Rename tag

- Đổi tên địa chỉ tag : Rewire tag

- Copy tag từ thư viện Global

1.3.5 Làm việc với một trạm PLC

 Quy định địa chỉ IP cho module CPU

IP TOOL có thể thay đổi IP address của PLC S7-1200 bằng 1 trong 2 cách.Phương pháp thích hợp được tự động xác định bởi trạng thái của địa chỉ IP đó :

- Gán một địa chỉ IP ban đầu : Nếu PLC S7-1200 không có địa chỉ IP, IPTOOL sử dụng các chức năng thiết lập chính để cấp phát một địa chỉ IP ban đầu choPLC S7-1200

- Thay đổi địa chỉ IP : nếu địa chỉ IP đã tồn tại, công cụ IP TOOL sẽ sửa đổicấu hình phần cứng (HW config) của PLC S7-1200

 Đổ chương trình xuống CPU

Đổ từ màn hình soạn thảo chương trình bằng cách kích vào biểu tượngdownload trên thanh công cụ của màn hình

Hình 1.15 Biểu tượng download trên thanh công cụ

Chọn cấu hình Type of the PG/PC interface và PG/PC interface như hình dướisau đó nhấn chọn load

Hình 1.16 Cấu hình Type of the PG/PC interface và PG/PC

Chọn start all như hình vẽ và nhấn finish.

Hình 1.17 Kết thúc quá trình

 Giám sát và thực hiện chương trình

Để giám sát chương trình trên màn hình soạn thảo kích chọn Monitor trênthanh công cụ

Hình 1 18 Monitor trên thanh công cụ.

Hoặc cách 2 làm như hình dưới:

Hình 1.19 Go offline trên thanh công cụ

Sau khi chọn monitor chương trình soạn thảo xuất hiện như sau:

Hình 1.20 Monitor chương trình soạn thảo

CHƯƠNG 2 CHƯƠNG TRÌNH HỆ THỐNG CẤP NƯỚC CHO NHÀ

CAO TẦNG TRÊN PLC S7-12002.1 Sơ đồ kết nối giữa PLC và PC systems.

Hình 2.1 Sơ đồ kết nối giữa PLC và PC systems

Hình 2.2 Màn hình chính

Hình 2.3 Màn hình tự động

Hình 2.4 Màn hình điều khiển bằng tay

2.2 Các bước thực hiện.

Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V13

Hình 2.5 Biểu tượng Tia Portal V13

Bước 2 : Click chuột vào Create new project để tạo dự án

Hình 2.6 Màn hình chính

Bước 3 : Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create

Hình 2 7 Tạo create new project

Bước 4 : Chọn configure a device

Hình 2.8 Chọn configure a device

Bước 5 : Chọn add new device

Hình 2.9 Chọn add new device

Bước 6 : Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add

Hình 2 10 Chọn loại CPU PLC

Bước 7 : Project mới được hiện ra

Hình 2 11 Project mới

Bước 8 : Chọn Add new device -> PC systems -> Simatic HMI application -> WinCC RT Advanced

Hình 2.12 Chọn PC systems

Bước 8 : Chọn IE general cho PC System

Hình 2 13 Kết nối IE general cho PC System

Bước 9 : Kết nối PLC và PC System.

Hình 2 14 Kết nối PLC và PC System

Hình 2 15 Màn hình khi hoàn thành

2.3 Lập bảng PLC Tag.

Các ngõ vào, ngõ ra khai báo địa chỉ byte và kiểu logic

Các địa chỉ chứa timer, couter là địa chỉ Word hoặc DWord

Tag tự động

Tag bằng tay

∗ Lưu ý khi đặt tag bằng tay trong cùng một PLC với tag tự động thì phải đặt kháctên biến khai báo

2.3.1 Chương trình chính

Network 1:

• START: Khởi động chương trình

• STOP: Tắt toàn bộ hoạt động của chương trình

Network 2,3: Đưa khối bằng tay và tự động vào chương trình chính.

2.3.2 Khối Tự động

• Chân CD: đếm xuống khi bơm 3 hoạt động.

• Chân R: reset bộ đếm khi bấm nút “STOP” hoặc giá trị “chiều cao” bằng “giớihạn min”

Network 3: So sánh giá trị “chiều cao”

• Nếu “chiều cao” bằng -1 là giới hạn nhỏ nhất của bồn nước

• Nếu “chiều cao” bằng 1 tác động cảm biến 1 đồng thời tắt bơm 3

• Nếu “chiều cao” bằng 99 tác động cảm biến 2

• Nếu “chiều cao” bằng 100 là giới hạn lớn nhất của bồn nước

Network 6: Khi cảm biến 1 tác động thì so sánh số lần bơm 1 và số lần bơm 2

cho chạy bơm 1

tiên chạy bơm 2

“BƠM2”)

• Nếu số lần bơm 1 nhỏ thua số lần bơm 2 thì cho chạy bơm 2 “BƠM2” trước(nếu có sự cố bơm 2 “SC_B2” thì ưu tiên chạy bơm 1 “BƠM1”).

Network 7: Khi cảm biến 2 “CB2” tác động thì dừng bơm 1 “BƠM1”, bơm 2

“BƠM2” đồng thời bơm 3 “BƠM3” hoạt động

Network 8:

• “BƠM1” tác động mở van 1 “VAN1”

• “BƠM2” tác động mở van 2 “VAN2”

• “BƠM3” tác động mở van 3 “VAN3”

Network 9: Sự cố bơm 1 “SC_B1”

• Đèn sự cố bơm 1 “DEN_SC_B1” báo sáng.

• Tắt bơm 1

• Đặt biến tạm “bien_tam_sc1” để tác động “Network 2”

• Khi nhấn nút “reset_sc1” thì tắt đèn báo sự cố bơm 1,đồng thời cho chạy bơm 1(với điều kiện bơm 2 không hoạt động)

Network 10: Sự cố bơm 2 “SC_B2”

• Đèn sự cố bơm 2 “DEN_SC_B2” báo sáng

• Tắt bơm 2

• Đặt biến tạm “bien_tam_sc2” để tác động “Network 2”

• Khi nhấn nút “reset_sc2” thì tắt đèn báo sự cố bơm 2, đồng thời cho chạy bơm

2 (với điều kiện bơm 1 không hoạt động)

2.3.3 Code khối Bằng tay

Network 1: Nhấn nút “MANU” đèn “DEN_MANU” sáng, khởi động chế độ mô

phỏng bằng tay

Network 2: Bật tắt bơm 1 “bơm1” bằng cách nhấn nút “ON B1” và “OFF B1”.

• Network 3: Bật tắt bơm 2 “bơm3” bằng cách nhấn nút “ON B2” và “OFF B2”.

• Network 4: Bật tắt bơm 3 “bơm3” bằng cách nhấn nút “ON B3” và “OFF B3”.

• Network 5: Bật tắt van 1 “van 1” bằng cách nhấn nút “ON 1” và “OFF 1”.

• Network 6: Bật tắt van 2 “van 2” bằng cách nhấn nút “ON 2” và “OFF 2”.

• Network 7: Bật tắt van 3 “van 3” bằng cách nhấn nút “ON 3” và “OFF 3”.

CHƯƠNG 3 LẬP TRÌNH SCADA HỆ THỐNG CẤP NƯỚC CHO NHÀ

CAO TẦNG TRÊN TIA PORTAL V133.1 Lập trình Scada hệ thống cấp nước cho nhà cao tầng

Nội dung yêu cầu: Thiết kế hệ thống bơm nước cho nhà cao tầng bằng PLC

S7-1200 Hệ thống gồm 3 bơm, Bơm 1 và Bơm 2 phục vụ cho nhu cầu bơm nước,Bơm 3 có chức năng xả cho hộ tiêu dùng Nguyên tắc hoạt động của hệ thống:

- Khi hết nước cảm biến 1 tác động Bơm 1 hoạt động nước được bơm lên bồnchứa khi bơm đầy bồn cảm biến 2 sẽ tác động Bơm 3 xả nước để phục vụ nhucầu sử dụng Khi bồn hết nước cảm biến 1sẽ tác động khi đó Bơm 2 hoạt động( Bơm 1 và Bơm 2 hoạt động luôn phiên ) nước được bơm lên bồn chứa, khibồn chứa đầy cảm biến 2 tác động Bơm 3 xả nước

- Khi gặp sự cố trên Bơm 1 thì đèn báo sự cố Bơm 1 sáng Bơm 1 ngừng hoạtđộng Bơm 2 hoạt động thay Bơm 1 Khi Bơm 2 gặp sự cố đèn báo sự cố Bơm

2 sáng Bơm 2 ngừng hoạt động Bơm 1 hoạt động thay Bơm 2 Trường hợpBơm 3 gặp sự cố Bơm 1, Bơm 2, Bơm 3 ngừng hoạt động

3.1.1 Khởi tạo màn hình Screen và lấy các đối tượng.

Bước 1: Mở HMI_RT_1 ( WinCC RT Advanced ) chọn Green để hiển thị màn hình

làm việc, tạo các màn hình Green mới bằng cách click chuột vào “Add new screen”