Nghiên cứu khai thác sử dụng thiết bị điều khiển hãng rockwell automation trong phòng thí nghiệm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hà Huy Giáp NGHIÊN CỨ KHAI THÁC SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN HÃNG ROCKWELL AUTOMATION TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Điều khiển tự động hóa Hà Nội, 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hà Huy Giáp NGHIÊN CỨ KHAI THÁC SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN HÃNG ROCKWELL AUTOMATION TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM Chuyên ngành: Điều khiển tự động hóa NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Nguyễn Huy Phương Hà Nội, 2010 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG PHỊNG THÍ NGHIỆM ROCKWELL AUTOMATION TẠI TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI 1.1 Phịng thí nghiệm Rockwell Automation 1.2 Trang thiết bị phịng thí nghiệm CHƯƠNG CÁC THIẾT BỊ PHẦN CỨNG 2.1 Hệ ControlLogix 2.1.1 Module CPU L61 2.1.2 Khung 2.1.3 Module nguồn 2.1.4 Module nối mạng Ethernet/IP 2.1.5 Module nối mạng ControlNet 10 2.1.6 Module nối mạng DeviceNet 10 2.1.7 Module vào/ra số (Digital Input/Output Module) 11 2.1.8 Module vào/ra tương tự (Analog I/O Modules) 13 2.2 Hệ CompactLogix 13 2.2.1 Module CPU L32E 14 2.2.2 Module nguồn 15 2.2.3 Module nối mạng DeviceNet 15 2.2.4 Module vào số 16 2.2.5 Module số 16 2.2.6 Module vào tương tự .17 2.2.7 Module tương tự 17 2.3 Các thiết bị ngoại vi 17 2.3.1 Máy tính PC 17 2.3.2 Màn hình điều khiển giám sát PanelView600 18 CHƯƠNG CÁC PHẦN MỀM ỨNG DUNG 20 3.1 Phần mềm quản lí kết nối RSLinx 20 3.1.1 Giới thiệu chung 20 3.1.2 Các chức 20 3.2 Phần mềm lập trình điều khiển RSLogix5000 22 3.2.1 Giới thiệu chung 22 3.2.2 Lập trình RSLogix5000 23 3.3 Phần mềm thiết kế giao diện HMI máy tính RSView32 40 3.3.1 Giới thiệu chung 40 3.3.2 Giới thiệu chức .40 3.4 Phần mềm thiết kế giao diện điều khiển Panel Builder32 64 3.4.1 Giới thiệu chung 64 3.4.2 Làm việc với phần mềm PanelBuilder32 65 3.5 Phần mềm mô RSLogix Emulate 5000 74 3.5.1 Giới thiệu chung 74 3.5.2 Các chức 74 CHƯƠNG XÂY DỰNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM TRÊN NỀN COMPACTLOGIX L32E 78 4.1 Điều khiển bình trộn 78 4.1.1 Mơ tả tốn u cầu công nghệ 78 4.1.2 Kết nối điều khiển trạm trộn 79 4.1.3 Các giải pháp công nghệ 79 4.1.4 Lập trình cho điều khiển .81 4.1.5 Giao diện HMI thí nghiệm bình trộn 84 4.2 Truyền thông điều khiển Logix5000 85 4.2.1 Mô tả tốn u cầu cơng nghệ 85 4.2.2 Các phương pháp trao đổi liệu điều khiển 86 4.2.3 Giải pháp trao đổi liệu tốn điều khiển bình trộn 87 4.2.4 Lập trình cho điều khiển .89 4.2.5 Giao diện HMI cho toán trao đổi liệu điều khiển 90 4.3 Đèn giao thông 91 4.3.1 Mô tả công nghệ yêu cầu công nghệ 91 4.3.2 Kết nối PLC đèn giao thông .92 4.2.3 Lập trình điều khiển 92 4.3.4 Thiết kế giao diện Rsview .94 4.4 Điều khiển áp suất 96 4.4.1 Mơ tả thí nghiệm Feedback 38-714 96 4.4.2 Mô tả giải toán điều khiển 97 4.4.3 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát 103 4.4.4 Kết điều khiển 106 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 106 5.1 Kết luận 108 5.2 Hướng phát triển đề tài 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 110 PHỤ LỤC .111 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan luận văn tốt nghiệp: “ Nghiên cứu khai thác sử dụng thiết bị điều khiển hãng Rockwell Automation phịng thí nghiệm ” em tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo TS Nguyễn Huy Phương Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành luận văn em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép em xin chịu hồn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2010 Học viên thực Hà Huy Giáp DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2-1 Ước lượng nhớ cần thiết cho điều khiển Bảng 3-1 Mô tả thành phần địa tag I/O Bảng 3-2 Các toán hạng lệnh XIC Bảng 3-3 Các toán hạng lệnh OTE Bảng 3-4 Các toán hạng lệnh OTL Bảng 3-5 Các toán hạng lệnh ONS Bảng 3-6 Các toán hạng lệnh OSR Bảng 3-7 Các toán hạng lệnh ADD Bảng 3-8 Các toán hạng lệnh EQU Bảng 3-9 Các toán hạng lệnh MOV Bảng 3-10 Các thành phần biến kiểu Timer Bảng 3-11 Các thành phần biến kiểu Counter Bảng 3-12 Các câu lệnh với Timer Counter Bảng 4-1 Các tag kết nối điều khiển trạm trộn Bảng 4-2 Các tag sử dụng tốn điều khiển bình trộn Bảng 4-3 Thuộc tính DateTime đối tượng Wallclocktime DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1-1 Mơ hình hệ thống điều khiển cơng nghiệp Hình 1-2 Mơ hình bàn thí nghiệm PTN RockwellAutomation Hình 2-1 Hệ ControlLogix 1756-L61 Hình 2-2 Cấu trúc nhớ điều khiển ControlLogix1756 Hình 2-3 Khung 1756-A7 Hình 2-4 Module nguồn 1756-PA75/B Hình 2-5 Module EtherNet 1756-ENBT Hình 2-6 Module ControlNet 1756-CNBR Hình 2-7 Module DeviceNet 1756-DNB Hình 2-8 Hệ điều khiển CompactLogix 1769-L32 Hình 2-9 Module CPU L32E Hình 2-10 Cấu trúc nhớ điều khiển CompactLogix 1769 Hình 2-11 Module nguồn 1769-PA2 Hình 2-12 Ví dụ cấu hình mạng DeviceNet Hình 2-13 Màn hình điều khiển giám sát PanelView600 Hình 3-1 Cửa sổ cấu hình Driver Hình 3-2 Cửa sổ RSWho Hình 3-3 Cửa sổ cấu hình OPC/DDE server Hình 3-4 Giao diện đồ hoạ quản lí điều khiển Hình 3-5 Cấu hình Periodic Task Hình 3-6 Cấu hình Event Task Hình 3-7 Cấu hình cho module vào số sử dụng để kích event task Hình 3-8 Cấu hình cho module vào tương tự sử dụng để kích event task Hình 3-9 Tạo Add-on Instruction Hình 3-10 Khai báo tham số Add-On Instruction Hình 3-11 Khai báo Local tags cho Add-on Intructions Hình 3-12 Ví dụ sử dụng lệnh XIC Hình 3-13 Ví dụ sử dụng lệnh OTE Hình 3-14 Ví dụ sử dụng lệnh OTL Hình 3-15 Ví dụ sử dụng lệnh ONS Hình 3-16 Mơ tả hoạt động lệnh OSR Hình 3-17 Ví dụ sử dụng lệnh OSR Hình 3-17 Các thành phần dự án RSView32 Hình 3-18 Cửa sổ tạo Node Hình 3-19 Cửa sổ Tag Database Hình 3-20 Cửa sổ OPC Address Browser Hình 3-21 Thiết lập cảnh báo Tag Database Hình 3-22 Cấu hình ngưỡng cảnh báo Hình 3-23 Cấu hình deadband cho ngưỡng cảnh báo Hình 3-24 Cấu hình đường dẫn file lưu trữ thơng tin cảnh báo Hình 3-25 Thiết lập tạo xóa file thơng tin cảnh báo Hình 3-26 Cửa số cấu hình Data log model Hình 3-27 Xác định đường dẫn file lưu trữ giá trị tag Hình 3-27 Thiết lập tạo xóa file lưu trữ giá trị tag Hinh 3-28 Xác định thời điểm thu thập giá trị tag Hình 3-29 Xác định tag thu thập liệu Hình 3-30 Xác định đường dẫn file lưu trữ hoạt động hệ thống Hình 3-31 Thiết lập xố file lưu trữ hoạt động hệ thống Hình 3-32 Cửa sổ xác định thơng tin cần lưu trữ hệ thống Hình 3-33 Thiết lập mã bảo vệ cho lệnh macro Hình 3-33 Thiết lập mã bảo vệ cho giao diện đồ họa Hình 3-34 Thiết lập mã bảo vệ cho OLE verb Hình 3-35 Thiết lập mã bảo vệ cho tag Hình 3-36 Cấu hình User Account Hình 3-37 Giao diện RSView32 Hình 3-38 Cấu hình thuộc tính Visibility Hình 3-39 Cấu hình thuộc tính Rotation Hình 3-40 Cấu hình thuộc tính Width Hình 3-41 Cấu hình thuộc tính Height Hình 4-1 Giao diện HMI tốn điều khiển bình trộn Hình 4-2 Cấu trúc mạng thí nghiệm số Hình 4-3 Sơ đồ đèn giao thơng ngã tư Hình 4-4 Tạo Node TrafficLight RSView32 Hình 4-5 Tag database RsView32 Hình 4-6 Sơ đồ hệ thống đèn giao thơng ngã tư bảng điều khiển giám sát Hình 4-7 Bộ thí nghiệm Feedback 38-714 Hình 4-8 Cấu trúc chế độ điều khiển tự động Lời mở đầu LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật cho đời nhiều thiết bị điều khiển khả trình PLC, PAC… Các thiết bị khắc phục nhiều nhược điểm hệ thống điều khiển trước đây, đáp ứng u cầu cơng nghệ sản xuất Chính vậy, việc ứng dụng thiết bị logic khả trình PLC vào hệ thống nhằm tự động hóa q trình sản xuất, nâng cao suất lao động chất lượng sản phẩm vấn đề thiết yếu Với mục tiêu giúp sinh viên có điều kiện tiếp cận với công nghệ thiết bị đại lĩnh vực tự động hóa cơng nghiệp, tập đồn Rockwell Automation trường Đại học Bách Khoa Hà Nội xây dựng phịng thí nghiệm Rockwell Automation phịng 103-C2 Trong thời gian làm luận văn, em nghiên cứu, tìm hiểu thiết bị PTN Rockwell Automation, đồng thời thiết kế thí nghiệm điều khiển CompactLogix L32E Nội dung luận văn gồm chương: Chương 1: PTN Rockwell Automation Trường ĐHBK Hà Nội Chương 2: Các thiết bị phần cứng Chương 3: Các phần mềm ứng dụng Chương 4: Một số thí nghiệm Chương 5: Kết luận hướng phát triển đề tài Chương Phịng thí nghiệm Rockwell Automation Trường ĐHBK Hà Nội CHƯƠNG I PHỊNG THÍ NGHIỆM ROCKWELL AUTOMATION TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 1.1 Phịng thí nghiệm Rockwell Automation Phịng thí nghiệm (PTN) Rockwell Automation – ĐHBK Hà Nội tập đoàn Rockwell Automation (Hoa Kỳ), tập đoàn hàng đầu giới lĩnh vực Tự động hóa Điều khiển tự động tài trợ, thiết kế phòng 103-C2 phịng thí nghiệm đại lĩnh vực tự động hóa Đây giúp đỡ quý báu cộng đồng quốc tế với công phát triển kinh tế kỹ thuật Việt Nam kết hợp tác hiệu ĐHBK Hà Nội với đối tác nước nhiều năm Tự động hóa đóng vai trị vô quan trọng ngành kinh tế tất quốc gia giới Việc đặt phịng thí nghiệm khn viên trường ĐHBK Hà Nội, trường hàng đầu Việt Nam khoa học công nghệ có ý nghĩa to lớn, đẩy mạnh hoạt động nghiên cứu khoa học đào tạo, mang lại hiệu cao việc khai thác thiết bị Phịng thí nghiệm giúp sinh viên trường ĐHBK Hà Nội thêm điều kiện tiếp cận với công nghệ thiết bị đại bậc lĩnh vực tự động hóa cơng nghiệp giải pháp mạng truyền thơng công nghiệp, để trở thành kỹ sư hàng đầu tự động hóa cơng nghiệp Việt Nam khu vực Phụ lục PHỤ LỤC Phụ lục Các kiểu liệu định nghĩa sẵn thường dùng Kiểu liệu Dùng cho REAL Dữ liệu kiểu số thực dấu phẩy động INT Số nguyên 16 bit String Ký tự ASCII BOOL Bit DINT Số nguyên 32 bit COUNTER Bộ đếm TIMER Bộ timer Số bit mà kiểu liệu sử dụng Kiểu liệu Số bit sử dụng BOOL SINT Từ -128 đến +127 INT 16 Từ -32768 đến +32767 DINT 32 Từ -2147483648 đến +2147483647 32 Từ -3.40282347e38 đến -1.17549435e-38 (số âm) Từ 1.17549435e-38 đến 3.40282347e38 (số dương) REAL Biểu diễn 111 Phụ lục Phụ lục Tạo vào cấu hình cảnh báo PanelBuilder32 Tạo cảnh báo: • Tạo Alarm Banner: chọn Screen > Create Alarm Banner Một khung cảnh báo tạo giống hình thư mục Screen Khơng giống hình khác, khung cảnh báo khơng có số thứ tự khơng thay đổi tên Khung cảnh báo mặc định ban đầu có dịng thơng điệp cảnh báo nút Clear Alarm • Tạo Alarm List: chọn Objects > Alarm List Ấn đúp vào Alarm List để bảng thuộc tính danh sách cảnh báo 112 Phụ lục - Display Fields: lựa chọn liệu muốn hiển thị danh sách cảnh báo, gồm ngày, giờ, ngày xác nhận cảnh báo, xác nhận cảnh báo, giá trị biến kích cảnh báo - List Display Options: lựa chọn cỡ chữ cảnh báo, số dòng cảnh báo - Alarm Display Options: lựa chọn thông tin tình trạng cảnh báo • Tạo Alarm Button: chọn Objects > Alarm Button Có nút điều khiển cảnh báo - Ack: Xác nhận tình trạng cảnh báo, tắt hình cảnh báo, đánh dấu xác nhận cảnh báo danh sách cảnh báo, khơng xóa bỏ điều kiện cảnh báo 113 Phụ lục - Clear: tắt hình cảnh báo khơng xác nhận tình trạng cảnh báo - Print: In thơng điệp cảnh báo tại, gồm ngày xảy cảnh báo, ngày xác nhận cảnh báo, giá trị biến kích cảnh báo - Ack All: xác nhận tất cảnh báo danh sách cảnh báo, tắt hình cảnh báo khơng xóa bỏ điều kiện cảnh báo, đánh dấu xác nhận cảnh báo danh sách cảnh báo - Clear Alarm List: xóa danh sách cảnh báo, tắt hình cảnh báo, dù tình trạng cảnh báo cịn - Print Alarm List: in tất danh sách cảnh báo Cấu hình cảnh báo Với cảnh báo, ta phải xác định thông điệp cảnh báo (Alarm Message), biến kích cảnh báo (Alarm Trigger Tag) loại biến kích (Alarm Type) • Thơng điệp cảnh báo (Alarm Message): ấn đúp vào Alarm Messages thư mục Alarms Mục cho phép ta xác định thông điệp cảnh báo muốn hiển thị, thuộc tính biến kích thơng điệp cảnh báo, màu chữ cảnh báo… • Biến kích cảnh báo (Alarm Trigger): ấn đúp vào Alarm Triggers thư mục Alarms 114 Phụ lục Mục cho phép ta chọn biến kích cảnh báo loại biến kích - Bit: biến kích cấu hình theo kiểu bit, ví dụ biến kích alarm_tag Một thơng điệp cảnh báo sử dụng alarm_tag với Value/Bit n, kích hoạt bit alarm_tag.n chuyển từ lên - LSBit: tương tự loại Bit, tất bit nằm từ alarm_tag.0 đến alarm_tag.n phải alarm_tag chuyển từ lên - Value: cảnh báo kích hoạt giá trị biến kích với giá trị cấu hình Value/Bit thơng điệp cảnh báo 115 Phụ lục Phụ lục Chương trình đèn giao thơng Chương trình chính: Mainroutine 116 Phụ lục 117 Phụ lục Chương trình 1: Lập trình Hệ thống đèn giao thông cho cao điểm: 118 Phụ lục Chương trình 2: Lập trình Hệ thống đèn giao thông cho thấp điểm: 119 Phụ lục Chương trình 3: Lập trình Hệ thống đèn giao thông cho rỗi: 120 Phụ lục Phụ lục Chương trình điều khiển áp suất: 121 Phụ lục 122 Phụ lục Phụ lục Cấu hình lệnh PID • PID: tên cấu trúc PID sử dụng • Process Variable: biến trình, giá trị mà ta muốn điều khiển • Tieback: • Control Variable: biến điều khiển, giá trị mà đưa tới thiết bị điều khiển • PID Master Loop: tên vịng điều khiển PID (nếu sử dụng điều khiển cascade vòng điều khiển phụ) • Inhold Bit: current status of the inhold bit from a 1756 analog output channel to support bumpless restart • Inhold Value: data readback value from a 1756 analog output channel to support bumpless restart • Setpoint: hiển thị giá trị đặt • Process Variable: hiển thị giá trị q trình • Output%: hiển thị giá trị % đầu Sau nhập tên cấu trúc PID sử dụng, ta cấu hình cho lệnh PID 123 Phụ lục • Tuning: Trong mục này, ta nhập tham số giá trị đặt, giá trị đầu ra, giá trị Bias, tham số PID, chọn chế độ điều khiển tay • Configuration Phần có tùy chọn: - PID Equation: chọn loại biểu thức PID độc lập hay phụ thuộc - Control Action: chọn cách tính sai lệch E=SP-PV hay E=PV-SP 124 Phụ lục - Derivative Of: chọn đạo hàm theo giá trị trình PV hay sai lệch E Các biểu thức điều khiển PID PID Equation Dericative Of Phụ thuộc Biểu thức PID E PV Độc lập E PV - Loop Update Time: chu kỳ trích mẫu giá trị q trình PV - CV High, Low Limit: giới hạn giá trị điều khiển • Alarm: cảnh báo giá trị vượt nhỏ giới hạn định trước 125 ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hà Huy Giáp NGHIÊN CỨ KHAI THÁC SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN HÃNG ROCKWELL AUTOMATION TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM Chun ngành: Điều khiển tự động hóa NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA... CAM ĐOAN Em xin cam đoan luận văn tốt nghiệp: “ Nghiên cứu khai thác sử dụng thiết bị điều khiển hãng Rockwell Automation phịng thí nghiệm ” em tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo TS Nguyễn Huy Phương... xây dựng phịng thí nghiệm Rockwell Automation phịng 103-C2 Trong thời gian làm luận văn, em nghiên cứu, tìm hiểu thiết bị PTN Rockwell Automation, đồng thời thiết kế thí nghiệm điều khiển CompactLogix