Hệ thống giám sát và điều khiển tự động mực nước trong bể chứa sử dụng PLC Siemens S7-1200 và thiết bị Factory IO

Giới thiệu phần cứng hệ thống 1.Module PLC

Ngôn ngữ lập trình phổ biến là LAD (Ladder logic - Dạng hình thang), FBD (Function Block Diagram - Khối chức năng), STL (Statement List - Liệt kê lệnh) và Ladder logic là ngôn ngữ lập trình PLC đang được ưa chuộng nhất. PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình, được thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ đơn giản đến phức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà nó có thể thực hiện một loạt các chương trình hoặc sự kiện, sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (hay còn gọi là đầu vào) tác động vào PLC hoặc qua các bộ định thời (Timer) hay các sự kiện được đếm qua bộ đếm. Vì vậy các nhà thiết kế từng bước cải tiến thiết bị làm cho thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, nhưng việc lập trình cho hệ thống còn khó khăn, do lúc này không có các thiết bị lập trình ngoại vi hổ trợ cho công việc lập trình.

Trong những đầu thập niên 1970, với sự phát triển của phần mềm, bộ lập trình PLC không chỉ thực hiện các lệnh Logic đơn giản mà còn có thêm các lệnh về định thì, đếm sự kiện, các lệnh về xử lý toán học, xử lý dữ liệu, xử lý xung, xử lý thời gian thực…. PLC S7-1200 của Siemens có một giao thức truyền thông, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn cao nhất của truyền thông công nghiệp và các tính năng công nghệ mạnh mẽ được tích hợp sẵn làm cho nó trở thành một giải pháp tự động hóa hoàn chỉnh và toàn diện nhất. Đặc điểm nổi bật của PLC S7-1200 là được tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet (Ethernet) và sử dụng chung một phần mềm Simatic Step 7 Basic giúp cho việc lập trình PLC, thiết kế và thi công hệ điều khiển trở nên đơn giản, dễ dàng hơn.

Chu trình này cung cấp logic nhất quán trình xuyên suốt sự thực thi của các lệnh người dùng đối với trong một chu kỳ đã cho và ngăn chặn sự chập chờn của cỏc điểm ngừ ra, điều mà cú thể thay đổi trạng thỏi nhiều lần trong vựng ngừ ra ảnh tiến trình. Để gỡ bỏ các điểm kiểu số hay kiểu tương tự ra khỏi sự cập nhật tự động ảnh tiến trình, ta lựa chọn thiết bị tương ứng trong Device confguration, xem thẻ Properties, mở rộng nếu cần để đặt các điểm Input và Output mong muốn, và sau đó lựa chọn ‘TO addresses/HW identifer”. Điều khiển quy trình công nghiệp: PLC S7-1200 có thể được sử dụng để điều khiển và giám sát các quy trình trong các nhà máy sản xuất, bao gồm điều khiển động cơ, hệ thống quạt, bơm, van và các thiết bị khác.

Quản lý và điều khiển các hệ thống năng lượng: PLC S7-1200 có thể sử dụng để giám sát và điều khiển các hệ thống năng lượng trong các tòa nhà, như hệ thống điều hòa không khí, hệ thống chiếu sáng, hệ thống quản lý nhiệt độ và nhiều ứng dụng tiết kiệm năng lượng khác. Ứng dụng trong ngành nước và xử lý chất thải: PLC S7-1200 có thể được sử dụng để kiểm soát và giám sát các hệ thống xử lý nước, như hệ thống xử lý nước thải, hệ thống cấp nước và hệ thống xử lý nước cấp.

Giới thiệu phần mềm 1. Phần mềm Tia Portal

Tia Portal V16 là phần mềm mô phỏng và vận hành ảo cho phép thiết kế kỹ thuật số tốt hơn các quy trình làm việc tích hợp, cũng như tập trung ứng dụng mở rộng với bộ điều khiển Simatic S7-1500R/H, tích hợp ổ đĩa Sinamic S210, Multiuser Engineering, đơn vị phần mềm và các chức năng OPC UA. Điều này cho phép xác thực ảo các máy hoàn chỉnh: các mô hình cơ điện tử và điều khiển, bao gồm các mô hình hành vi đơn giản đến phức tạp, được đồng bộ hóa và các ứng dụng cấp máy có thể được mô phỏng và sau đó xác minh. Trong điều kiện thực tế, việc so sánh giữa hệ thống song sinh kỹ thuật số và hệ thống thực giúp có thể đáp ứng kịp thời với các thay đổi và tự động xem xét sửa đổi trong các giai đoạn phát triển ngược và xuôi dòng.

Nếu chỉ cần lập trình cho các HMI cơ bản thì không cần cài thêm bộ WinCC này.Tuy nhiên, nếu cần thiết kế SCADA chạy trên máy tính hoặc cho các PC công nghiệp thì sẽ cần cài thêm bản Comfort/Advanced/Professional.Về sự khác nhau giữa các phiên bản được thể hiện trong hình 3.4 dưới đây.Phiên bản cao hơn chắc chắn sẽ mở được project phiên bản thấp hơn. Nếu ta đã từng nhấn màm hình nhỏ xíu của biến tần thì dĩ nhiên cấu hình trên máy tính sẽ thoải mái hơn rất nhiều.Ngoài ra, trong startdrive sẽ cú cỏc tớnh năng chuẩn đoỏn giỳp ta theo dừi sự hoạt động của biến tần dễ dàng hơn.Lưu ý là nếu trong project có cấu hình bằng startdrive thì khi mở project đó lên, Tia Portal ta phải cài startdrive tương ứng thì mới mở được. Chính vì vậy, SIMATIC S7-PLCSIM Advanced ra đời và cho phép bạn tạo bộ điều khiển ảo để mô phỏng bộ điều khiển S7-1500 và ET 200SP và cung cấp mô phỏng đầy đủ các chức năng.PLC SIM Advanced sẽ bổ sung thêm các tính năng của PLC thật mà PLC SIM thông thường chưa mô phỏng được.

Đó là: truyền thông và Web server.Hỗ trợ các dịch vụ theo chu kỳ (RDREC / WRREC) và báo động (ví dụ: báo động phần cứng).Có thể đọc các ngắt phần cứng được định cấu hình trong Cổng thông tin TIA bằng API.Dễ dàng sao lưu và khôi phục cấu hình phần mềm và phần cứng từ các phiên bản PLCSIM Advanced.Cài đặt song song PLCSIM V16 và PLCSIM Advanced V2.0 trên một PC Đây là điều mà những phiên bản trước đây đã khiến các kỹ sư đau đầu. Với FACTORY IO, người dùng có thể tạo ra các mô hình nhà máy, dây chuyền sản xuất và hệ thống điều khiển bằng cách sử dụng các thành phần công nghiệp thực tế, và sau đó lập trình và kiểm tra các ứng dụng điều khiển trên môi trường ảo này. Mô phỏng thời gian thực: FACTORY IO hỗ trợ mô phỏng thời gian thực, cho phộp người dựng theo dừi quỏ trỡnh hoạt động và phản ứng của cỏc thiết bị và hệ thống điều khiển trong thời gian thực.

Thiết kế phần cứng của đồ án 3.2. Lập trình Code hệ thống

- Bắt đầu hệ thống nhập Mực nước cần thiết lập ổn định vào ô Setpoin trên màn hình giám sát WinCC. - Mở màn hỡnh giỏm sỏt theo dừi lượng nước đắt định mức và số lượng nước đang được bơm vào bể được hiện thị ở phần mực nước và biểu đồ lượng nước. - Khi muốn đặt lại lượng nước cân bằng ta chỉ cần nhập lượng nước mong muốn vào ô Setpoin.