(Đề tài NCKH) nghiên cứu giao tiếp PLC s7200 và HMI b07 s411 trong điều khiển giám sát hệ thống

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU GIAO TIẾP PLC S7200 HMI B07 S411 TRONG ÐIỀU KHIỂN – GIÁM SÁT HỆ THỐNG MÃ SỐ: T2013 - 18 SKC005370 Tp Hồ Chí Minh, 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU GIAO TIẾP PLC S7200 HMI B07 S411 TRONG ĐIỀU KHIỂN – GIÁM SÁT HỆ THỐNG Mã số: T2013 - 18 Chủ nhiệm đề tài: GV ThS Nguyễn Tấn Đời TP HCM, Tháng 11 Năm 2013 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU GIAO TIẾP PLC S7200 HMI B07 S411 TRONG ĐIỀU KHIỂN – GIÁM SÁT HỆ THỐNG Mã số: T2013 - 18 Chủ nhiệm đề tài: GV ThS Nguyễn Tấn Đời TP HCM, Tháng 11 Năm 2013 DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ CÁC ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI: Nguyễn Tấn Đời CÁC ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Khoa Điện Điện Tử MỤC LỤC Danh mục bảng biểu Kết nghiên cứu Mở đầu Chƣơng 1: Giới thiệu HMI B07 S411 1.1 Tổng quan HMI 1.2 HMI B07 S411 1.3 Thông số B07 S411 1.4 Kết nối B07 S411 PLC Chƣơng 2: Giới thiệu PLC S7-200 2.1 Tổng quan PLC 2.2 Cấu trúc hoạt động 2.3 PLC S7-200 2.4 Bộ nhớ PLC S7-200 2.5 Tập lệnh PLC S7-200 Chƣơng 3: Nghiên cứu phần mềm HMI DOP Soft 3.1 Giới thiệu phần mềm DOP Soft 3.2 Thiết kế giao diện DOP Chƣơng 4: Điều khiển Giám sát hệ thống HMI B07 S411 4.1 Hệ thống trộn nguyên liệu 4.2 Lò sấy Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục hình ảnh: Hình 1.1: HMI DOP B07 S411 Hình 1.2: Mặt trước HMI B07 S411………………………… Hình 1.3: Mặt sau HMI B07 S411 …………………………… Hình 1.4: Cổng COM Port Hình 1.5: Cổng COM Port Hình 1.6: Chuyển liệu PC HMI………………………… Hình 1.7: Hỗ trợ thiết bị ngoại vi Hình 2.1: Cấu trúc PLC Hình 2.2: Sơ đồ CPU Hình 2.3: Mạch ngõ vào PLC Hình 2.4: Mạch ngõ PLC Hình 2.5: Vịng qt PLC Hình 2.6: Hình dạng PLC S7-200 Hình 2.7: Sơ đồ cổng truyền thơng Hình 2.8: Ghép nối S7-200 máy tính Hình 3.1: Trang khởi động DOPSoft………………………… Hình 3.2: Chọn model HMI Hình 3.3: Chọn cổng giao tiếp PLC Hình 3.4: Thiết kế giao diện Hình 3.5: Các loại nút nhấn Hình 3.6: Nút nhấn Momentary Hình 3.7: Chọn địa bit nhớ Hình 3.8: Các loại Meter Hình 3.9: Tùy chọn cho Meter Hình 3.10: Tùy chọn cho Bar graph Hình 3.11: Các loại Pie graph Hình 3.12:Các loại Indicator Hình 3.13: Chọn thơng số Multi Indicator…… ………… Hình 3.14: Nhập liệu ……………………………………… Hình 3.15: Tùy chọn nhập liệu Hình 3.16: Hiển thị giá trị liệu TRANG - Hình 3.17: Chọn địa ghi Hình 3.18: Nội dung ghi Curve Control……….….……… Hình 3.19: Tùy chọn Trend graph Hình 3.20: Các thành phần Trend graph Hình 3.21: Đồ thị Trend graph Hình 3.22: Đồ thị X-Y chart Hình 3.23: Chọn thơng số vẽ đồ thị liên tục Hình 3.24: Chọn thơng số vẽ đồ thị Curve input Hình 3.25: Các loại Alarm Hình 3.26: Chọn giá trị Alarm Hình 3.27: Cài đặt thơng số Alarm Hình 3.28: Các loại Keypad Hình 3.29: Tùy chỉnh Slide bar Hình 4.1: Khai báo thơng số giao tiếp HMI Hình 4.2: Hệ thống trộn nguyên liệu Hình 4.3: Lò sấy Danh mục bảng biểu: Bảng 1.1: Các HMI dịng B series ……………………………… Bảng 1.2: Thơng số HMI B07 S411 Bảng 1.3: Các loại PLC giao tiếp HMI B07 S411……………… Bảng 2.1: Đặc điểmPLC S7-200 Bảng 2.2: Phân chia vùng nhớ S7-200………………………… Bảng 2.3: Độ phân giải Timer Bảng 3.1: Các thao tác thường dùng Bảng 3.2: Các dạng xuất liệu Bảng 3.3: Các dạng đồ thị Bảng 4.1: Gán địa hệ thống trộn Bảng 4.2: Gán địa hệ Lò sấy TRANG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ - Tp HCM, ngày 18 tháng 11 năm 2013 THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: - Tên đề tài: NGHIÊN CỨU GIAO TIẾP PLC S7200 HMI B07 S411 TRONG ĐIỀU KHIỂN – GIÁM SÁT HỆ THỐNG Mã số: T2013 – 18 Chủ nhiệm: GV ThS Nguyễn Tấn Đời Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Thời gian thực hiện:tháng 06 năm 2013 đến tháng 11 năm 2013 Mục tiêu: - Thiết kế giao diện HMI Delta B07 S411 - Giao tiếp PLC Siemens S7-200 HMI Delta DOP B07 S411 Tính sáng tạo: - Nghiên cứu giao tiếp PLC HMI DOP B07 S411 - Nghiên cứu sử dụng phần mềm DOP Soft để thiết kế giao diện HMI hãng Delta Electronics - Điều khiển giám sát hệ thống HMI DOP B07 S411 Kết nghiên cứu: - Kết nối S7-200 HMI B07 S411 - Sử dụng phần mềm DOP Soft - Thiết kế giao diện mô điều khiển giám sát Hệ thống trộn nguyên liệu Lò sấy HMI B07 S411 - Viết chương trình mơ PLC S7-200 điều khiển hệ thống Sản phẩm: - Tài liệu hướng dẫn thiết lập giao tiếp PLC S7200 HMI BO7 S411 - Chương trình thử nghiệm điều khiển giám sát mơ hình Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu, khả áp dụng - Đề tài nghiên cứu đạt hiệu cao, kết mô áp dụng thực tế - Áp dụng cho hệ thống điều khiển PLC Trưởng Đơn vị (ký, họ tên, đóng dấu) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) TRANG - INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title:RESEARCH ON INTERFACING PLC S7-200 WITH HMI B07S411 APPLYING SUPERVISORY CONTROL SYSTEM Code number: Coordinator: Nguyen Tan Doi, Lecturer Implementing institution: University of Technology Education HCMC Duration: from June01 to November 30, 2013 Objective(s): -Designing graphic on HMI Delta B07 S411 -Interfacing PLC S7-200 and HMI B07 S411 Creativeness and innovativeness: -Research on interfacing PLC S7-200 and HMI B07 S411 -Use DOP-Soft software for designing Delta HMI graphics -Control anh supervise a system on HMI B07 S411 Research results: -Connect PLC S7-200 to HMI B07 S411 -Know how to use DOP-Soft software -Design HMI graphic of Mixer system and Oven system -Programme PLC Products: -Guide documentsinterfacing PLC S7-200 and HMI B07 S411 -PLC programmes Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: - Effect into practiceand laboratory PLC models - Applying for PLC controlled system TRANG - MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu: Sử dụng PLC điều khiển thiết bị phổ biến Việt Nam, đặc biệt nhà máy sản xuất Để thực điều khiển giám sát hệ thống, PLC giao tiếp với máy tính, hình HMI Khoa Điện Điện Tử có nhiều đề tài nghiên cứu giao tiếp điều khiển PLC S7-200, nhiên chưa có đề tài nghiên cứu giao tiếp PLC Siemens HMI Delta Điều khiển giám sát hệ thống quan tâm nhiều đặc tính trực quan thiết bị giám sát Một số nhà máy sản xuất đại Việt Nam bắt đầu quan tâm lãnh vực điều khiển kết hợp giám sát hệ thống Tính cấp thiết: Một số mơ hình phịng thực hành sử dụng tủ điều khiển phức tạp Tiếp cận thiết bị sử dụng thực tế nhà máy Nhu cầu nghiên cứu, học tập sinh viên Mục tiêu: - Mục tiêu đề tài nghiên cứu giao tiếp PLC S7-200 HMI B07 S411 để điều khiển giám sát hệ thống Thử nghiệm kết thông qua chương trình mơ điều khiển giám sát hệ thống trộn nguyên liệu lò sấy Cách tiếp cận: Khảo sát thiêt bị Nghiên cứu sử dụng phần mềm Thiết kế giao diện Viết chương trình thử nghiệm Phương pháp nghiên cứu: - Nhóm tác giả nghiên cứu theo phương pháp tìm hiểu lý thuyết, thử nghiệm thiết bị thực tế, sau lập trình mơ máy tính, điều khiển giám sát HMI TRANG - Giả sử giá trị ô nhớ tạo tương ứng: Chỉ cần set bit cờ điều khiển V100.0 đồ thị vẽ Hình 3.21: Đồ thị Trend Graph  X-Y chart: Cách sử dụng tương tự Trend graph khác X-Y chart vẽ đồ thị dạng tọa độ (x,y) Như để vẽ đồ thị người dùng phải tạo tọa độ (Xi, Yi) Với tọa độ trên, đồ thị vẽ set bit V100.0 Hình 3.22: Đồ thị X-Y Chart  X-Y Distribution: Đây dạng đồ thị thể điểm X-Y thay đổi liên tục Để vẽ đồ thị phải cho tọa độ X-Y thay đổi liên tục đồng thời set bit Control TRANG - 45 Hình 3.23: Chọn thơng số vẽ đồ thị liên tục Control: đồ thị không sử dụng ghi điều khiển mà sử dụng địa Control để điều khiển Khi bit 0= đồ thị vẽ (một điểm nối với điểm cũ thành đường thẳng) Khi bit 1=1 xóa tồn đồ thị - Address: tạo địa liên tục - Sample0: X: địa tọa độ X Y: địa tọa độ Y Color: màu đường đồ thị (0-65535) Connection: cho nối với điểm mới, thi cấm nối  Curve input: Cách sử dụng tương tự Trend Graph, điểm vẽ trực tiếp thông qua ô nhớ không sử dụng ghi điều khiển Address: địa ô nhớ dùng làm điểm đồ thị(các điểm cịn lại đươc tự tạo liên thơng qua giá trị Sample Number) Các thơng số cịn lại tương tự dạng Trend Graph TRANG - 46 Hình 3.24: Chọn thông số vẽ đồ thị Curve input - Alarm: hiển thị cảnh báo  Hình 3.25: Các loại Alarm Cài đặt Alarm: Vào mục Option s  Alarm Setup.Chọn giá trị theo hình 3.27 Hình 3.26: Chọn giá trị cho Alarm TRANG - 47 - Address: địa vùng nhớ liệu để thực cảnh báo Ví dụ: chọn Address $1600 thìBit $1600.0 điều khiển hiển thị Alarm 1Bit$1600.1 điều khiển Alarm 2, Scan time: thời gian lấy mẫu Max records: số lần báo động vượt qua giá trị báo động ghi đè lên báo động cũ Hold: chọn nơi lưu trữ báo động CSV format: click chọn tín nhắn báo động lưu thành file Enable : chọn Yes tin nhắn báo động xuất hình ví trí qui định Chọn No tin nhắn báo động khơng thị  History Alarm Table: bảng chọn kiểu hiển thị cảnh báo Hình 3.27: Cài đặt thông số Time: hiệu chỉnh cách thị thời gian bảng Alarm (nếu không click chọn khơng hiển thị) Data Format: định dạng ngày xuất hình Alarm (nếu khơng click chọn không hiển thị) Alarm Number: hiển thị số thứ tự cảnh báo  Các Alarm lại: tương tự History Alarm Table Active Alarm List: thị theo danh sách báo động ( báo động có thị) Alarm Frequency Table : thị số lần xuất báo động Alarm Moving Sign:hiện thị báo động dạng tin nhắn ( chạy chữ) TRANG - 48 -  Các Toolbox khác: KeyPad: có dạng bàn phím sử dụng để nhập liệu Hình 3.28: Các loại Keypad  Slider:thanh trượt dùng nhập/ hiển thị liệu thay đổi liên tục Hình 3.29: Tùy chỉnh Slider bar - Read Add: hiển thị giá trị liệu từ Add PLC HMI Write Add: ghi giá trị liệu từ trượt vào nhớ PLC TRANG - 49 Chương 4:Điều khiển Giám sát hệ thống HMI B07S411 Chương trình bày hai ví dụ minh họa ứng dụng HMI B07 S411 điều khiển giám sát hệ thống Nội dung thực gồm lập trình PLC, thiết kế giao diện HMI điều khiển giám sát hệ thống trộn nguyên liệu; điều khiển giám sát nhiệt độ lò sấy Theo mục tiêu đề ra, hệ thống kết nối PLC HMI mô điều khiển giám sát, khơng thi cơng mơ hình 4.1 Hệ thống trộn nguyên liệu: 4.1.1 Giới thiệu: Hệ thống trộn nguyên liệu gồm: bồn chứa nguyên liệu Tank Tank 2 van điều khiển nguyên liệu vào bồn V1 V2 bồn trộn nguyên liệu Mixer động quay cánh quạt trộn van xả nguyên liệu V3 Điều khiển hệ thống nút nhấn ON, OFF bảng điện Các thông số hệ thống nhập quan sát HMI 4.1.2 Kết nối phần cứng – Cài đặt cấu hình HMI: Do mục tiêu đề tài đặt ban đầu lập trình mơ hệ thống nên khơng có kết nối PLC với mơ hình thực PLC kết nối với HMI qua cổng truyền thông Port PLC kết nối với máy tính qua cổng truyền thơng Port HMI chọn kết nối với PLC qua cổng COM Trong mục Controller, chọn PLC kết nối với HMI loại S7200 Siemens Các thơng số khác để mặc định, theo hình 4.1 4.1.3 Thiết kế giao diện: Giao diện điều khiển giám sát hệ thống trộn HMI thiết kế theo cấu hình mô tả Nút nhấn chọn mục Button Van, bồn chứa, quạt trộn, đèn chọn mục Indicator Ô nhập giá trị thời gian, khối lượng nguyên liệu chọn mục Input Ô hiển thị thời gian trộn chọn mục Display TRANG - 50 Kết thiết kế hình 4.2 Hình 4.1: Khai báo thơng số giao tiếp HMI Hình 4.2: Giao diện điều khiển giám sát hệ thống trộn nguyên liệu TRANG - 51 Công việc quan trọng phải làm đặt thuộc tính cho hình vẽ, liên kết với vùng nhớ PLC Nút nhấn ON, OFF chọn thuộc tính Momentary Các Van, Tank, Cánh quạt chọn hiệu ứng thay đổi trạng thái 0, mục Style, Blink, Picture Bảng gán địa thiết bị: TT THIẾT Nút ON Nút OFF Đèn ON Đèn OFF Van V1 Van V2 Van V3 Quạt trộn Nhập liệu Set Weig 10 Nhập liệu Set Weig 11 Nhập thời gian Set 12 Hiển thị thời gian R Bảng 4.1 : Gán Khi đó: - Các bit M0.0 M0.1 nhớ PLC thay đổi giá trị người dùng nhấn nút HMI - Các đèn, van, quạt trộn thay đổi hình ảnh bit Q0.0 đến Q0.5 thay đổi giá trị - Các vùng nhớ MW10, 14, 16 thay đổi giá trị theo số liệu người dùng nhập từ HMI - Số liệu hiển thị HMI thay đổi vùng nhớ MW12 thay đổi giá trị 4.1.4 Chương trình điều khiển: Dựa vào điạ vùng nhớ bảng 4.2, thực viết chương trình cho PLC S7-200 điều khiển hệ thống trộn nguyên liệu theo nút ấn điều khiển Thời gian trộn, khối lượng nguyên liệu bồn người dùng nhập trực tiếp HMI Thời gian trộn cịn lại hiển thị Tín hiệu từ cảm biến Loadcell giả lập giá trị đếm Timer TRANG - 52 4.2 Điều khiển Giám sát hoạt động lị sấy: 4.2.1 Giới thiệu: Mơ hình sử dụng để điều khiển giám sát phần gồm lò sấy tủ điều khiển Thơng số quan trọng lị sấy nhiệt độ cài đặt giám sát trực tiếp hình HMI 4.2.2 Kết nối phần cứng: Do mục tiêu đề tài đặt ban đầu lập trình mơ hệ thống nên khơng có kết nối PLC với mơ hình thực PLC kết nối với HMI qua cổng truyền thông Port PLC kết nối với máy tính qua cổng truyền thơng Port HMI chọn kết nối với PLC qua cổng COM Trong mục Controller, chọn PLC kết nối với HMI loại S7200 Siemens Các thơng số khác để mặc định, theo hình 4.3 4.2.3 Thiết kế giao diện: Thực tương tự mục 4.1.3, kết hình điều khiển giám sát nhiệt độ lị sấy hình 4.3 Hình 4.3 : Giao diện điều khiển giám sát nhiệt độ lò sấy Tiếp theo gán thuộc tính, chọn hiệu ứng hiển thị lập bảng địa cho đối tượng giao diện TRANG - 53 - Nút nhấn ON, OFF chọn thuộc tính Momentary Các Van, Tank, Cánh quạt chọn hiệu ứng thay đổi trạng thái 0, mục Style, Blink, Picture Đồ thị chọn mục Curve Bảng gán địa thiết bị: TT Nút A Nút M Nút O Nút O Đèn Đèn Nhiệ Cài đ Hiển 10 Vẽ đ B Khi đó: - Các bit V0.1 đến V0.4 nhớ PLC thay đổi giá trị người dùng nhấn nút tương ứng HMI - Các đèn, nhiệt trở, lò sấy thay đổi hình ảnh bit Q1.0 đến Q1.2 thay đổi giá trị - Vùng nhớ VW10 thay đổi giá trị theo nhiệt độ người dùng cài đặt nhập từ HMI - Nhiệt độ hiển thị HMI thay đổi vùng nhớ VW12 thay đổi giá trị - Đồ thị hiển thị nhiệt độ thay đổi vùng nhớ VW14 thay đổi giá trị 4.2.4 Chương trình điều khiển: Dựa vào vùng nhớ địa cho bảng 4.3, thực viết chương trình điều khiển đơn giản vận hành sấy theo nút điều khiển Vì khơng có mơ hình thực tế nên nhiệt độ đọc từ lò sấy PLC giả lập tín hiệu Timer TRANG - 54 Kết luận Kiến nghị Dựa nghiên cứu sử dụng phần mềm thiết kế giao diện HMI Delta DOPSoft, kết hợp với nghiên cứu giao tiếp kết nối PLC Siemens HMI Delta Electronics, tác giả kết nối PLC S7-200 HMI B07 S411 Tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm DOP Soft trình bày chi tiết Kết thể qua hai toán mô phỏng: Điều khiển - Giám sát Hệ thống trộn nguyên liệu Điều khiển - Giám sát Lò sấy Giao diện điều khiển giám sát hệ thống thiết kế hình HMI Chương trình điều khiển viết PLC Việc trao đổi liệu vùng nhớ PLC đối tượng HMI thực dễ dàng qua thao tác khai báo, đặt thuộc tính đối tượng Tuy nhiên kết nghiên cứu mức độ mô hệ thống, chưa có mơ hình thật để thử nghiệm Tác giả kiến nghị cho phép tiếp tục nghiên cứu triển khai kết nối giao tiếp với hệ thống thực tế, áp dụng kết cho mơ hình cịn sử dụng tủ điều khiển đơn giản Ngoài ra,một số hệ thống sử dụng máy tính điều khiển giám sát, chưa cần thiết thay HMI nhằm giảm giá thành, vận hành linh hoạt, kích thước nhỏ gọn TRANG - 55 Tài liệu tham khảo Nguyễn Tấn Đời, Giáo trình Điều khiển lập trình 1, ĐH SPKT TPHCM Nguyễn Dỗn Phước, Tự động hóa với Simatic S7-200 Delta Electronics Inc, DOP Series HMI Connection Manual Delta Electronics Inc, DOP B Quick Start Tài liệu Internet TRANG - 56 ... đề tài nghiên cứu giao tiếp điều khiển PLC S7-200, nhiên chưa có đề tài nghiên cứu giao tiếp PLC Siemens HMI Delta Điều khiển giám sát hệ thống quan tâm nhiều đặc tính trực quan thiết bị giám sát. .. tiêu đề tài nghiên cứu giao tiếp PLC S7-200 HMI B07 S411 để điều khiển giám sát hệ thống Thử nghiệm kết thơng qua chương trình mơ điều khiển giám sát hệ thống trộn nguyên liệu lò sấy Cách tiếp cận:... Mục tiêu: - Thiết kế giao diện HMI Delta B07 S411 - Giao tiếp PLC Siemens S7-200 HMI Delta DOP B07 S411 Tính sáng tạo: - Nghiên cứu giao tiếp PLC HMI DOP B07 S411 - Nghiên cứu sử dụng phần mềm