1.1Đặt vấn đề.21.1.1Nhu cầu thực tế, giải pháp, giá thành21.2Giới thiệu phần mềm Wincc:21.2.1Đặc điểm của phần mềm WinCC:21.2.2Những ưu điểm của Wincc:41.2.3Cách thức tạo ra giao diện điều khiển.51.3Trình tự các bước cài đặt phần mềm.112.1Thiết bị điều khiển.142.1.1PLC142.1.2Biến tần LS IG5A172.1.3Bộ biến đổi192.2Thiết bị đo lường.222.2.1Dải tín hiệu đo (phạm vi đo), độ chính xác, độ nhạy.222.2.2Dải tín hiệu vào:232.2.3Dải tín hiệu ra:232.3Thiết bị cơ cấu chấp hành.233.1Sơ đồ khối hệ thống điều khiển.243.1.1Giải thuật, lưu đồ thuật toán :243.2Sơ đồ đấu nối thiết bị.243.2.1Điều khiển – Đo lường – Chấp hành.243.2.2Cách thức tạo ra giao diện điều khiển.244.1Những kết quả đạt được254.1.1Hình ảnh, nội dung và số liệu.254.2Nhận xét ưu nhược điểm.254.2.1Đặc điểm.254.2.2Những ưu điểm của chương trình.254.2.3Những hạn chế của chương trình.25
Mục lục 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 1.2 Nhu cầu thực tế, giải pháp, giá thành Giới thiệu phần mềm Wincc: 1.2.1 Đặc điểm phần mềm WinCC: 1.2.2 Những ưu điểm Wincc: 1.2.3 Cách thức tạo giao diện điều khiển 1.3 Trình tự bước cài đặt phần mềm 11 2.1 Thiết bị điều khiển 14 2.1.1 PLC 14 2.1.2 Biến tần LS IG5A 17 2.1.3 Bộ biến đổi 19 2.2 Thiết bị đo lường .22 2.2.1 Dải tín hiệu đo (phạm vi đo), độ xác, độ nhạy 22 2.2.2 Dải tín hiệu vào: .23 2.2.3 Dải tín hiệu ra: .23 2.3 Thiết bị cấu chấp hành 23 3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển .24 3.1.1 3.2 Giải thuật, lưu đồ thuật toán : .24 Sơ đồ đấu nối thiết bị 24 3.2.1 Điều khiển – Đo lường – Chấp hành 24 3.2.2 Cách thức tạo giao diện điều khiển 24 4.1 Những kết đạt 25 4.1.1 4.2 Hình ảnh, nội dung số liệu 25 Nhận xét ưu nhược điểm 25 4.2.1 Đặc điểm 25 4.2.2 Những ưu điểm chương trình .25 4.2.3 Những hạn chế chương trình 25 Chương 01 : Tổng quan 1.1Đặt vấn đề 1.1.1 Nhu cầu thực tế, giải pháp, giá thành Hiện đất nước ta thời kì đổi mới, cơng nghệ 4.0 phát triển mạnh mẽ, ngành kỹ thuật điện tự động hóa phát triển lên tầm cao Điều khiển tự động ngành quan trọng q trình cơng nghiệp hóa đại hóa đặc biệt góp phần vào việc giải phóng sức lao động người, tốc độ làm việc xử lý xác người Để việc điều khiển hoạt động hệ thống xác xử lý tốt ta cần dùng cảm biến để đưa tín hiệu báo cho hệ thống xử lý Trong số ứng dụng thực tế ta phải đo đạc tốc độ động để đưa điều khiển động tạo chuyển động phù hợp để đảm bảo hệ thống làm việc cách xác Một giải pháp tối ưu cẩ chi phí lẫn cách giải sử dụng để giải vấn đề sử dụng encoder để đo tốc độ động sử dụng PLC để đưa tín hiệu từ encoder điều khiển động với WinCC để điều khiển giám sát giúp dễ dàng quản lý, sửa chữa cho hệ thống đơn giản 1.2 Giới thiệu phần mềm Wincc: 1.2.1 Đặc điểm phần mềm WinCC: Phần mềm WinCC Siemens phần mềm chuyên dụng để xâydưng giao diện điều khiển HMI(Human Machine Interface) phục vụ việc xử lý lưu trữ liệu hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition ) thuộc chuyên ngành tự động hóa WinCC chữ viết tắt Windows Control Center (Trung tâm điều khiển chạy Windows), nói cách khác, phần mềm hãng siemens dùng để giám sát, điều khiển thu thập liệu trình sản xuất Theo nghĩa hẹp WinCC chương trình hỗ trợ cho người lập trình thiết kế giao diện người máy (HMI) hệ thống SCADA với chức thu thập số liệu, giám sát điều khiển trình sản xuất Hình 1 WinCC WinCC tích hợp sẵn OPC cho phép PLC thiết bị khác theo chuẩn cơng nghiệp: MODBUS,PROFIELD BUS,… đồng thời WinCC tích hợp sẵn OPC cho phép liên kết với PLC số hãng lớn ABB,GE dòng FX Mitsubishi WinCC cho phép trao đổi liệu trực tiếp với nhiều PLC hãng khác Mitsubishi, Allen Braddly, Siemens,… thông qua cổng COM với chuẩn RS-232 máy tính với chuẩn PLC Ngồi chức hệ thống, WinCC đưa giao diện mở cho giải pháp người dùng.Những giao diện làm cho tích hợp giải pháp tự động hóa phức tạp, giải pháp cho công ty mở.Sự truy nhập tới sở liệu tích hợp giao diện chuẩn ODBC SQL, lồng ghép đối tượng tài liệu tích hợp OLE 2.0 OLE Custom Controls (OCX).Những chế làm cho WinCC đối tác dễ hiểu, dễ truyền tải môi trường Windows Chức WinCC: Alarm Logging: Thực việc hiển thị thông báo hay báo cáo hệ thống vận hành Đảm trách thông báo nhận lưu trữ Nó chưa chức để nhận thơng báo từ trình, để chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp lưu trữ chúng Dữ liệu cung cấp tiêu chuẩn công nghệ kỹ thuật quan trọng liên quan đến trạng thái hoạt động tồn hệ thống Report Designer: Có nhiệm vụ tạo thông báo, báo cáo kết lưu dạng trang nhật kí kiện User Achivers: Cho phép người sử dụng lưu trữ liệu từ chuơng trình ứng dụng có khả trao đổi với thiết bị tự động hố khác Điều có nghĩa cơng thức, thơng số chương trình WinCC soạn thảo , lưu trữ sử dụng hệ thống Globle Script:viết mã lệnh ngôn ngữ C giúp cho việc xử lý kiện phát sinh cách mềm dẻo linh hoạt Graphics Designer: Thực dễ dàng chức mô hoạt động qua đối tượng đồ họa chương trình WinCC,Windows,OLE,I/O,… với nhiều thuộc tính hoạt động (Dynamic) 1.2.2 Những ưu điểm Wincc: Sử dụng công nghệ phần mềm tiên tiến Hệ thống khách/chủ với chức SCADA Có thể nâng ấp mở rộng dễ dàng từ đơn giản đến phức tạp Có thể phát triển tùy theo lĩnh vực công nghiệp yêu cầu công nghệ Cơ sở liệu ODBC/SQL tích hợp sẵn Các giao thức chuẩn mạnh (DDE, OLE, ActiveX, OPC) Ngôn ngữ vạn (ANSI-C) Giao diện lập trình API mở cho việc truy cập tới hàm WinCC liệu Có thể cài đặt cấu hình trực tuyến Wizards Cài đặt phần mềm với khả lựa chọn ngôn ngữ Giao tiếp hầu hết loại PLC WinCC phần tử hệ thống Tự động hóa tích hợp tồn diện Là phần tử SCADA hệ thống PCS Siemens 1.2.3 Cách thức tạo giao diện điều khiển 1.2.3.1 Tạo dự án WinCC Để tạo dự án WinCC ta cần cài đặt phần mềm WinCC Sau cài đặt phần mềm ta có giao diện WinCC với tên Windows Control Center Ta nhấn chuột mở biểu tƣợng Windows Control Center hình máy tính Hình Giao diện WinCC hình máy tính Hộp thoại WinCC Explorer xuất hiện, khung Create a New Project có lựa chọn: Single-User Project Multi-User Project Client Project Dự án thực máy đơn nên chọn Single-User Project sau nhấp “OK” Hình Chọn loại dự án Hình Tạo dự án Hộp thoại Create a new Project xuất hiện, đặt tên cho dự án khung Project Path, chọn ổ đĩa thư mục để lưu dự án Tiếp tục nhấp nút Create tạo dự án Cửa sổ soạn thảo WinCCExplorer xuất hình dưới: Hình Giao diện WinCC Chọn PLC Drivers từ Tag Management Để thiết lập kết nối truyền thông WinCC với thiết bị, cần có mạng liên kết chúng với việc trao đổi liệu Do cần chọn Driver Driver giao diện liên kết WinCC PLC Trong dự án này, nhấp chuột phải vàoTag Management Từ trình đơn đổ xuống, chọn Add New Driver… hình Hình Tag Management Hộp thoại Add new driver xuất hiện, cho phép chọn mạng kết nối WinCC PLC Hình Chọn kết nối WinCC PLC Ta chọn SIMATIC S7 Protocol Suite.chn nhấn Open Sau nhấn Open tren WinCCExplorer mục Tag management kênh Internal Tags lúc có thêm kênh SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE Kênh Tag management cho phép khai báo biến liên kết qua Bus hệ thống để kết nối với PLC Để tạo kết nối thiết bị dự án WinCC, trước tiên phải tạo tags (biến) WinCC Biến tạo Tag Management Biến gồm có biến nội (Internal Tags) biến ngoại (External Tags) Biến nội biến có sẵn WinCC Những biến nội vùng nhớ WinCC Biến ngoại Là biến q trình, phản ánh thơng tin địa hệ thống PLC khác Các Tags lưu nhớ PLC thiết bị khác Chương trình WinCC kết nối với PLC thơng qua Tags Các biến nội tạo dễ dàng sau gán vào PLC thật Các biến có nhiệm vụ xử lý giám sát trình hoạt động vận hành Tạo biến nội cách nhấp phải chuột vào Internal tags, chọn New Tag Hộp thoại Tag Properties xuất Tab General chọn mặc định Đặt tên biến mục Name , chọn kiểu liệu cho phù hợp với thiết bị Trong hộp thoại Tag Properties, nhấp chọn tab Limits/Reporting để xác định thông số giới hạn cho biến Hình Tạo biến nội Tạo biến ngoại :Tại mục MPI chọn PLC( tên giao tiếp bắt tay) Hình Giao tiếp bắt tay Nhấn chuột phải vào PLC chọn New Tag Đặt tên cho biến đặt kiểu liệu Tại mục name chọn tên biến, Data Type chọn kiểu liệu Tại mục Address , chọn Select cửa sổ Address properties chọn địa biến Hình 10 Chọn địa cho biến Tại mục Graphics Designer nhấn chuột phải chọn New picture Hình 11 Thiết kế giao diện WinCC Bên phải cửa sổ WinCCExplorer có tên NewPdl0.Pdl Đổi tên ảnh vừa tạo cách, nhấp phải vào mục NewPdl0.Pdl từ trình đơn đổ xuống chọn Rename picture nhập tên chọn OK Để mở file dự án chọn chuột phải kick Open picture Hình 12 Giao diện Graphics Designer 1.3 Trình tự bước cài đặt phần mềm Bước : Tải phần mềm chọn file cài đặt chọn ngơn ngữ cài đặt 10 Hình 17 Các phần mềm cần cài Bước : Kết thúc trình cài đặt nhấn Finish Hình 18 Kết thúc trình cài đặt 13 Chương 02 : Thiết bị đo lường 2.1Thiết bị điều khiển 2.1.1 PLC 2.1.1.1 Tổng quan PLC viết tắt Programmable Logic Controller, thiết bị điều khiển lập trình (khả trình) cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình Người sử dụng lập trình để thực loạt trình tự kiện Các kiện kích hoạt tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC qua hoạt động có trễ thời gian định hay kiện đếm.Tồn chương trình điều khiển lưu trữ nhớ PLC dạng khối chương trình thực theo chu kỳ vịng qt(scan) Hình PLC S7200 Một PLC có khối Module Input, khối CPU ( Central Processing Unit) khối Module Output Khối Module Input có chức thu nhận liệu digital, analog chuyển thành tín hiệu cấp vào CPU Khối CPU định thực chương trình điều khiển thơng qua chương trình chứa nhớ Khối Module Output chuyển tín hiệu điều khiển từ CPU thành liệu analog, digital thực điều khiển đối tượng 14 Hình 2 Cách PLC hoạt động 2.1.1.2 Vịng qt PLC thực chương trình theo chu trình lặp, vịng lặp gọi vịng quét (scan): Mỗi vòng quét bắt đầu giai đoạn chuyển liệu từ cổng vào số tới vùng đệm ảo I Tiếp theo giai đoạn thực chương trình.Trong vịng qt chương trình thực từ lệnh đến lệnh kết thúc khối OB1 (Block End) Sau giai đoạn thực chương trình giai đoạn chuyển nội dung đếm ảo Q tới cổng số 15 Vịng qt kết thúc giai đoạn truyền thơng nội kiểm sốt lỗi Truyền thơng kiểm tra nội Chuyển liệu từ Q tới cổng Vòng quét Chuyển liệu từ cổng vào tới I Thực chương trình Hình 19 Ngun lí thực chương trình PLC Thời gian cần thiết để PLC thực vòng quét gọi thời gian vòng quét (Scan time) Thời gian vòng quét khơng cố định tức khơng phải vịng qt thực khoảng thời gian Có vịng qt thực lâu có vịng qt thực nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh chương trình thực hiện, vào khối liệu truyền thông vịng qt Đối với cổng vào tương tự không liên quan tới đệm I Q nên lệnh truy nhập cổng tương tự thực trực tiếp với cổng vật lý không thông qua đệm 2.1.1.3 Các loại CPU 16 Hình Thông tin CPU 2.1.1.4 Truyền thông PLC PC S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS 485 với jack nối chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình với trạm khác PLC Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI (Point To Point Interface) 9600 band Hình Truyền thơng PC PLC 17 Hình Cổng truyền thơng 2.1.2 Biến tần LS IG5A Hình Biến tần LS IG5A 18 Hình Đặc điểm kỹ thuật 19 Hình Sơ đồ đấu nối 2.1.3 Bộ biến đổi 2.1.3.1 Encoder : Encoder dùng để đo tốc độ động , tín hiệu từ encoder tạo dạng xung vng có tần số thay đơi phụ thuộc vào tốc độ động Do xung vuông đưa vào vi xử lý để đếm số xung khoảng thời gian cho phép từ ta tính giá trị vận tốc động Đây phương pháp mà người ta sử dụng để ổn định tốc độ động hay điều khiển nhanh chậm… 20 Encoder chia làm loại : Encoder tuyệt đối( absolute encoder) Encoder tương đối ( incremental encoder) Encoder loại tuyệt đối tín hiệu ta nhận rõ ràng vị trí encoder khơng cần xử lý thêm, biết sác vị trí encoder Encoder tương đối loại encoder có 1, tối đa vòng lỗ Nếu đục lỗ đĩa quay lần đĩa quay vịng, bạn nhận tín hiệu bạn biết đĩa quay vòng Nếu đục nhiều lỗ bạn có thơng tin chi tiết có nghĩa đĩa quay ¼ vịng 1/8 vòng hay 1/n vòng Cứ lần qua lỗ, phải lập trình để thiết bị đo đếm lên Nguyên lý encoder : Đó đĩa trịn xoay, quay quanh trục Trên đĩa có lỗ (rãnh) Người ta dùng đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗ khơng có lỗ (rãnh), đèn led khơng chiếu xun qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led chiếu xun qua Khi đó, phía mặt bên đĩa, người ta đặt mắt thu Với tín hiệu có, khơng có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận đèn led có chiếu qua lỗ hay khơng Số xung đếm tăng lên tính số lần ánh sáng bị cắt! Như encoder tạo tín hiệu xung vng tín hiệu xung vuông cắt từ ánh sáng xuyên qua lỗ Nên tần số xung đầu phụ thuộc vào tốc độ quay trịn Hình 20 Nguyên lí Encoder 2.1.3.2 Encoder tương đối : Encoder tương đối tăng đơn vị lần lên xuống cạnh xung 21 Hình Hình encoder Cứ lần quay qua lỗ encoder tăng đơn vị biến đếm Người ta đưa thêm lỗ định vị để tránh việc sai số xung tích lũy xác định số vịng Hình 10 Encoder có lỗ định vị Người ta thiết kế cho cần vòng lỗ đặt đèn LED lệch để xác định chiều quay encoder Hình 11 Tín hiệu phát xung encoder tương đối 22 Các bạn thấy xung A từ mức cao xuống mức thấp mà lúc B mức thấp xác định chiều chuyển động encoder theo mũi tên màu cam Nếu A từ mức cao xuống thấp mà B mức cao biết encoder quay theo chiều màu nâu 2.1.3.3 Thuật toán đo tốc độ động : Gọi số xung xuất từ kênh A (kênh B) 1s n Số xung đĩa encoder Ne( độ phân giải encoder) Tốc độ động : v=n/Ne (vòng/giây) Thời gian 1s gọi thời gian lấy mẫu Nó khơng q lớn khơng q nhỏ ảnh hưởng dến trình hiệu chỉnh tốc độ Gọi thời gian lấy mẫu Ts Gọi số xung encoder xuất thời gian Ts ns Tốc độ động : v=(ns*1000)/(Ne*Ts) 2.2 Thiết bị đo lường 2.2.1 Dải tín hiệu đo (phạm vi đo), độ xác, độ nhạy Encoder Omron tương đối E6C3-CWZ5GH 1000P/R 1M Đường kính trục : 8mm Đường kính thân :50mm Điện áp hoạt động : 12 …24 VDC Độ phân giải 1000 xung/vịng Hình 12 Encoder Omron tương đối E6C3-CWZ5GH 1000P/R 1M 23 Hình 13 Kích thước encoder 2.2.2 Dải tín hiệu vào: Điện áp hoạt động 12 đến 24 VDC dùng để đo tốc độ động 2.2.3 Dải tín hiệu ra: Mã đầu : A, B, Z tín hiệu xung đưa từ encoder để đưa vào PLC 2.3 Thiết bị cấu chấp hành Tốc độ động Encoder PLC tín hiệu analog 24 Chương 03 : Sơ đồ đấu nối chương trình phần mềm 1.1Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 3.1.1 Giải thuật, lưu đồ thuật toán : 3.2 Sơ đồ đấu nối thiết bị 3.2.1 Điều khiển – Đo lường – Chấp hành Hình 14 Sơ đồ chân encoder Hình 15 Sơ đồ đấu dây chân encoder 3.2.2 Cách thức tạo giao diện điều khiển 25 Chương 04 : Kết thực nghiệm 4.1 Những kết đạt 4.1.1 Hình ảnh, nội dung số liệu 4.2Nhận xét ưu nhược điểm 4.2.1 Đặc điểm 4.2.2 Những ưu điểm chương trình 4.2.3 Những hạn chế chương trình 26 Hình 1 WinCC Hình Giao diện WinCC hình máy tính Hình Chọn loại dự án Hình Tạo dự án Hình Giao diện WinCC Hình Tag Management Hình Chọn kết nối WinCC PLC Hình Tạo biến nội Hình Giao tiếp bắt tay Hình 10 Chọn địa cho biến 10 Hình 11 Thiết kế giao diện WinCC 10 Hình 12 Giao diện Graphics Designer 11 Hình 13 Chọn ngôn ngữ Wincc 11 Hình 14Chọn cách cài đặt 12 Hình 15 WinCC Installation 12 Hình 16 Chọn mục cần cài .12 Hình 17 Các phần mềm cần cài .13 Hình 18 Kết thúc trình cài đặt 13 Hình 19 Ngun lí thực chương trình PLC .15 Hình 20 Ngun lí Encoder 21 Y Hình PLC S7200 14 Hình 2 Cách PLC hoạt động 15 Hình Thơng tin CPU 16 Hình Truyền thông PC PLC .17 Hình Cổng truyền thông .17 Hình Biến tần LS IG5A 17 Hình Đặc điểm kỹ thuật 18 Hình Sơ đồ đấu nối .19 Hình Hình encoder 21 Hình 10 Encoder có lỗ định vị 21 Hình 11 Tín hiệu phát xung encoder tương đối 22 Hình 12 Encoder Omron tương đối E6C3-CWZ5GH 1000P/R 1M 23 Hình 13 Kích thước encoder 23 Hình 14 Sơ đồ chân encoder 24 Hình 15 Sơ đồ đấu dây chân encoder .24 27 ... thời kì đổi mới, cơng nghệ 4.0 phát triển mạnh mẽ, ngành kỹ thuật điện tự động hóa phát triển lên tầm cao Điều khiển tự động ngành quan trọng q trình cơng nghiệp hóa đại hóa đặc biệt góp phần... Controller, thiết bị điều khiển lập trình (khả trình) cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình Người sử dụng lập trình để thực loạt trình tự kiện Các kiện kích hoạt... dễ dàng chức mô hoạt động qua đối tượng đồ họa chương trình WinCC,Windows,OLE,I/O,… với nhiều thuộc tính hoạt động (Dynamic) 1.2.2 Những ưu điểm Wincc: Sử dụng công nghệ phần mềm tiên tiến