Các OB thực hiện việc giao tiếp giữa hệ điều hành và chương trình điều khiển. Mỗi OB có một nhiệm vụ cụ thể khác nhau. Những công việc cơ bản mà một chương trình yêu cầu thường là:
- Khởi động (Startup): các khối thực hiện các công việc này là OB100 và
OB101.
- Thực hiện vòng quét (Scan cycle): công việc này được thực hiện bởi OB1.
- Xử lý các lỗi: để CPU không chuyển về mode dừng (stop mode) khi có các
lỗi xuất hiện, người lập trình sử dụng các khối sau: OB80, OB87, OB121, OB122.
Khối hàm chức năng FB(Function block):
Là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu với các khối chương trình khác. Các dữ liệu này phải được tổ chức thành khối dữ liệu riêng có tên gọi là Data Block.
Khối hàm FC(Function):
Khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm.
Khối dữ liệu (Data block):
Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình. Các tham số khối do ta tự đặt. Có hai loại DB: shared DB và instance DB.
- Shared DB là khối dữ liệu có thể được truy cập bởi tất cả các khối trong chương trình đó.
- Instance DB là khối dữ liệu được gán cho một khối hàm duy nhất, dùng để chứa dữ liệu của khối hàm này.
Ngoài ra còn có các khối hệ thống như: SFB, SFC, SDB...
- SFC (system function): là các hàm được tích hợp trong hệ điều hành của CPU,
- Ngôn ngữ STL (Statement List).
- Ngôn ngữFBD (Function Block Diagram - FBD).
- Ngôn ngữLAD (Ladder diagram).
- Ngôn ngữ S7-GRAPH.
3.3.1. Phương pháp STL (Statement List):
Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính.một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định,mỗi lệnh chiếm một hàng và có cấu trúc chung “tên lệnh + toán hạng”.
Phương pháp STL biểu diễn chương trình điều khiển bằng một danh sách các dòng lệnh liên tiếp. A I0.0 A I0.1 = Q4.1
3.3.2. Phương pháp FBD (Function Block Diagram - FBD):
Ngôn ngữ “hình khối”, ngôn ngữ đồ hoạ cho những người quen thiết kế mạch
Tên lệnh
Phương pháp FBD trình bày các phép toán logic với các ký hiệu đồ hoạ đã được tiêu chuẩn hoá. Trong hình mô tả một phép toán được biểu diễn theo phương pháp FBD:
Hình 2.10: Phương pháp biểu diễn chương trình bằng FBD.
Trong đó:
Ký hiệu đồ hoạ (hình chữ nhật) biểu thị nội dung lệnh dưới dạng phép toán
logic (hình trên biểu diễn phép và).
Phía bên trái là các đối tượng lệnh liên quan đến các tín hiệu đầu vào và các tham số.
Phía bên phải là các đối tượng lệnh liên quan đến các tín hiệu đầu ra cùng với các tham số và đây cũng chính là kết quả của phép tính.
Phương pháp FBD thích hợp với những người lập trình nắm vững về các kiến thức điều khiển liên quan đến đại số Boole.
& ≥ & I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.0
Phương pháp LAD biểu thị các chức năng điều khiển bằng các loại ký hiệu sơ đồ mạch như tiếp điểm, timer, counter... Phương pháp này có tính trực quan mạch vì nó biểu diễn mạch điện tương tự mạch điều khiển rơle .
3.3.3 Ngôn ngữ S7-GRAPH:
Đây là ngôn ngữ lập trình rất trực quan và theo kiểu đồ hình trạng thái.
Ví dụ:
Hình 3.10 Giao diện ngôn ngữ S7-Graph
3.4.CÁC BƯỚC THỰC HIỆN S7-300 BẰNG HÌNH ẢNH:
I0.0 I0.1 I0.0
I0.2 I0.3
Khởi động chương trình S7 bằng cách: Chọn Start → All Programs →
Simatic→SIMATIC Manager. Cửa sổ SIMATIC Manager xuất hiện cùng với hộp
thoại STEP 7 Wizard: “ Newproject”.
Bên trong hộp thoại, chọn Next. Trong ô CPU nhấp chọn CPU312, rồi nhấn
Next. Giao diện mới xuất hiện, chọn khối OB1 và ngôn ngữ lập trình LAD sau đó nhấn Next .
Hộp thoại xuất hiện, đặt tên tại mục Project name là “quy trinh san xuat mi an lien” xong nhấn Finish hoàn thành
Ta tiếp tục click vào OB1 thì giao diện lập trình xuất hiện
3.5. CÁC NGÕ VÀO/RA (input/output)
Ngõ vào Tên bit Ghi chú
I0.0 star Nút khởi động
I0.1 stop Nút dừng toàn bộ hệ thống
I0.2 CBnguyen_lieu Cảm biến báo đầy khi bồn
chưa nước và bồn chứa bột đã đầy
I0.3 CBtron Cảm biến báo nguyên liệu đã
đầy bồn trộn
I0.4 CBhap Cảm biến phát hiện khi có
vật đi vào lò hấp
I0.5 CBcat Cảm biến phát hiện khi có
vật đi vào máy cắt mì
I0.6 CBchien Cảm biến phát hiện khi có
vật rơi vào bồn chiên mì
I0.7 CBlam_nguoi Cảm biến phát hiện khi có
vật đi vào vùng đóng hộp
I1.1 CTHT_ha Công tắc hành trình hạ của
máy cắt mì, khi động cơ quay thuận hạ khuôn cắt đi xuống và dừng lại khi chạm
vào CTHT_ha
I1.2 CTHT_nang Công tắc hành trình nâng
của máy cắt mì, khi động cơ quay nghịch nâng khuôn cắt
đi lên vị trí xuất phát và dừng lại khi chạm vào
CTHT_nang
I1.4 Sua_loi Nút sữa lỗi giúp cho hệ
thống hoạt động trở lại khi đã sữa chữa hệ thống
I2.1 Loi_BT1 Cảm biến khi phát hiện lỗi ở
băng tải 1
I2.2 Loi_DCcan Cảm biến khi phát hiện lỗi ở
động cơ cán mì
I2.3 Loi_BT2 Cảm biến khi phát hiện lỗi ở
băng tải 2
I2.4 Loi_BT3 Cảm biến khi phát hiện lỗi ở
băng tải 3
Ngõ ra Định nghĩa bit
Q0.0 den_bao
Q0.6 DCchien_mi Q0.7 DC_BT_cat_mi Q1.0 DChap Q1.1 BT2 Q1.2 DClam_nguoi Q1.3 BT3 Q1.4 BT4 Q1.5 DC_ha_cat_mi Q1.6 DC_nang_cat_mi Q1.7 van3 Q2.0 DC_ha_chien Q2.1 DC_nang_chien Q2.2 DC_gat_chien
Chú ý: khi ta set bit Mx.y tương đương với việc ta tác động tiếp điểm Ix.y (M0.0 = 1< => I0.0=1)
Hình 3.11 Sơ đồ mạch lực động lực
3.7. GIẢI THÍCH TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ:
- Đưa nguyên liệu vào: BT1 chuyển bột vào bồn cân bột đồng thời nước được bơm vào bồn nước,khi cả nước và bột được cân đo đã đủ thì CBnguyen_lieu = 1
- Bộ phận trộn nguyên liệu: khi CBtron(CB mức chất lỏng) = 1 nghĩa là nguyên liệu được bơm đủ vào bồn trộn => DCtron = 1 lưỡi trộn xoay (10s)
- Bộ phận cán mì: sau khi trộn 10s bột được xả qua van3 đồng thời DCcan hoạt động, mì được cán và di chuyển theo băng tải tới bộ phận hấp
- Bộ phận hấp: khi CBhap = 1 => bộ phận hấp khởi động(10s) => kết thúc công đoạn hấp
- Bộ phận chiên mì: CBchien = 1 => DC_ha_chien = 1 động cơ quay thuận làm cho rá mì được hạ xuống bồn chiên mì (3s) , sau 3s động cơ dừng và chiên mì với thời gian 10s, sau 10s DC_nang_chien = 1 động cơ quay ngược => rá mì được nâng lên để kết thúc giai đoạn chiên, 3s tiếp theo động cơ dừng lại, cánh tay gạt (DC_gat_chien=1) gạt mì sang băng tải 2
- Bộ phận làm nguội: CBlamnguoi = 1,=> DClam_nguoi hoạt động (10s) => BT3 hoạt động để đưa mì tới bộ phận đóng hộp
- Bộ phận đóng hộp: CBdonghop = 1,=> BT4 ứng với động cơ đóng hộp hoạt động và đưa mì tới kho trữ mì
3.8. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN QUY TRÌNH SẢN XUẤT MÌ ĂN LIỀN: 3.8.1. Lập trình điều khiển bằng ngôn ngữ LAD:
Khởi động dây chuyền bằng cách ấn nút star => I0.0=1 => M2.0=1 (khởi động tất cả các network) Q0.0=1 (bật đèn báo dây chuyền đang hoạt động)
Băng tải 1 chỉ được phép hoạt động khi tất cả các công đoạn khác ngừng hoạt động (trộn, cán, cắt, hấp, chiên…). Ở network 2 này có ý nghĩa vừa cho băng tải 1 chạy và lập lại quy trình. Thời điểm ban đầu các bit Q0.3, Q0.4, Q0.5,… đều bằng 0 => Q0.1=1 (BT1=1) băng tải 1 chạy để đưa nguyên liệu vào trong bồn cân đo định lượng.
Khi nguyên liệu đã đạt đến mức định trước thì cảm biến CBnguyenlieu=1 (I0.2=1). Q0.2=1 (van1=1), Q0.3=2 (van2=1) cả van 1 và van 2 đều xả vào bồn trộn. Đồng thời reset băng tải 1.
Khi nguyên liệu xả vào bồn trộn và ngập cảm biến trộn (CBtron=1) => DCtron=1(động cơ trộn được khởi động) =>timer T1 bắt đầu đếm thời gian=> trộn nguyên liệu trong 10s. Đồng thời reset van1 và van2(ngừng xả nguyên liệu vào bồn trộn).
Khi bột được cán lớp xong và được chuyển vào lò hấp bột. Khi đó bột chạm vào cảm biến hấp (CBhap=1) và reset bộ phận cán mì Q0.5=0, đồng thời set Q0.6 (khởi động động cơ hấp).
Ở network 10 Q0.6=1 => timer T2 bắt đầu đếm thời gian. Sau 10s T2=1 =>reset Q0.6 (động cơ hấp ngừng hoạt động). Đồng thời Q0.7=1 (DC_BT_cat_mi=1) động cơ băng tải bên trong máy cắt mì hoạt động mục đích đưa mì vào vị trí cắt. Khi đã vào đúng vị trí thì cảm biến máy cắt mì tác động (CBcat=1) I0.5=1 ở network 12 reset băng tải, tại thời điểm đó động cơ hạ cắt mì di chuyển khuôn cắt xuống để cắt theo kiểu dập khuôn. Di chuyển cắt mì xong và chạm CTHT dưới (CTHT_ha=1),I1.1 =1 => động cơ ngừng và di chuyển lên (network 13). Ở network 14 băng tải chuyển mì đã được cắt vào bồn chiên.
Khi chạm vào cảm biến chiên mì (CBchien=1) I0.6=1 => băng tải trong máy cắt mì dừng lại(reset Q0.7), Q2.0=1 động cơ di chuyển xuống để rá đặt mì được nhúng vào trong bồn dầu, sau 3s, ở network 17 T3=1 động cơ di chuyển ngừng đi xuống (reset Q2.0) đồng thời set Q1.0 (dầu được gia nhiệt ). Sau 10s, ở network 19 T9=1 =>
Q1.0=0 (ngừng gia nhiệt cho bồn chiên), Q2.1=1 (động cơ quay nghịch nâng rá đặt mì lên khỏi bồn dầu)
Sau đó 3s, Q2.1=0 (ngừng động cơ nâng), Q2.2=1(động cơ gạt mì xoay làm cho mì được chuyển qua băng tải BT2), sau 3s, ở network 23 T8=1 => Q2.2=0 (động cơ gạt trở lại vị trí ban đầu) và set Q1.1 (BT2=1 băng tải 2 hoạt động để chuyển mì tới bộ phận làm nguội)
Khi mì được băng tải 2 di chuyển tới bộ phận làm nguội và chạm tác động
CBlamnguoi (I0.7=1) => set Q1.2 (khởi động động cơ quạt gió làm nguội mì), reset Q1.1 (băng tải BT2 dừng)
Và cũng tại thời điểm đó ở network 25 Q1.2=1 (T4 đếm thời gian). Sau đó 10s, tại network 26 T4=1 => reset Q1.2 (dừng động cơ quạt nguội), Q1.3=1 (khởi động băng
Khi mì di chuyển tới vùng đóng gói và tác động cảm biến đóng gói CBdonghop=1 (I1.0=1) => set Q1.4 (động cơ đóng gói đưa mì vào gói và đóng lại). Sau 5s, T5=1 => reset Q1.3 và Q1.4 (dừng BT3 và dừng bộ phận đóng gói). Lúc này tất cả các công đoạn đều ngừng nên các đầu ra đều bằng 0 => network 2 hoạt động trở lại (bắt đầu lặp lại chu kì mới)
network 30 và 31 sử dụng để tạo lỗi va sữa lỗi cho hệ thống
3.2 Mô phỏng trạng thái đầu vào đầu ra trên PLCSIM
- Sau khi viết xong LAD ta nhấn nút tải chương trình và bật để nhìn thấy khi
mô phỏng ấn biểu tượng mô phỏng ở giao diện chính .
Thực hiên mô phỏng trên modul S7-PLCSIM Simulatinh Modules:
- Trên giao diện chính STEP 7 ta nhấn biểu tượng , khi đó module mô phỏng
sẽ hiện ra, ta vào Tag Insert kéo các cửa sổ Input, Output và Memory ra để tiện thao tác. Thực hiện thao tác mô phỏng trên giao diện như sau:
Hình 3.12 Giao diện S7-PLCSIM
Khi cảm biến cân đo nguyên liệu I0.2 tác động
Timer T6 đếm thời gian cho bồn trộn hoạt động
Sau khi T2 đếm xong, băng tải bên trong máy cắt mì Q0.7 được khởi động đưa mì vào đúng vị trí để cắt
Mì được đưa vào đúng vị trí thì cảm biến tác động I0.5 -> động cơ quay thuận để hạ khuôn cắt mì Q1.5 hoạt động
Khi khuôn cắt mì hạ xuống cắt mì và chạm vào CTHT I1.1 -> đông cơ quay ngược nâng khuôn cắt mì đi lên Q1.6
Khuôn cắt mì đi lên và tác động CTHT nâng I1.2 -> động cơ dừng -> băng tải Q0.7 khởi động để đưa mì ra bồn chiên
Cảm biến chiên phát hiện mì đi vào bồn chiên, tác động đầu vào I0.6 -> mì trên rá được hạ xuống bồn dầu để chiên nhờ động cơ quay thuận Q2.0
Chiên mì 1 thời gian đã định
Sau đó mì được gạt ra băng tải Q1.1 bởi động cơ gạt Q2.2
Băng tải BT2 hoạt động đưa mì tới bộ phận làm nguội
Làm nguội mì sau 1 thời gian thì được băng tải BT3 (Q1.3) đưa mì ra để đưa đến bộ phận đóng hộp
CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ MÔ HÌNH SCADA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT H2SO4
4.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition = hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu) là hệ thống cho phép người điều hành giám sát và điều khiển các quá trình mà chúng được phân bố trong các nơi ở xa.
Có nhiều quá trình sử dụng hệ thống SCADA như: thủy điện, các hệ thống truyền tải và phân phối điện năng, các khâu xử lý và phân phối nước , khí tự nhiên, dây chuyền sản xuất lớn, v.v…Các hệ thống SCADA cho phép các nơi xa liên lạc với phương tiện điều khiển và cung cấp dữ liệu điều khiển cần thiết cho các quá trình điều khiển. Khi khoảng cách đến các nơi xa tăng thì càng khó truy cập hơn, khi đó SCADA trở thành sự chọn tốt nhất cho người điều hành để điều chỉnh và quan sát. Khoảng cách và sự ở xa là hai yếu tố chính để cài đặt các hệ thống SCADA .
Các hệ thống SCADA hiện đại có nhiều đặc tính tiên tiến như: kiến trúc phân bố, cơ sở dữ liệu phân bố, giao tiếp đồ họa với người sử dụng (GUI = Graphic User Interface), các đơn vị đo lường từ xa thông minh, v.v…
Hệ SCADA thường được dùng để chỉ tất cả các hệ thống máy tính được thiết kế để thực hiện các chức năng sau:
− Thu thập dữ liệu từ các thiết bị công nghiệp hoặc các cảm biến chuyển đổi
năng lượng
− Xử lý và thực hiện các phép tính trên dữ liệu thu thập được
− Hiển thị dữ liệu thu thập và dữ liệu được suy ra
Tất cả các hệ thống này về cơ bản thực hiện cùng các chức năng. Xuất phát từ các công việc ứng dụng cụ thể mà có sự khác biệt giữa chúng ở các đặc điểm sau:
− Vị trí và sự phân bố các nguồn dữ liệu công nghiệp (các thiết bị nhà máy)
− Lượng dữ liệu được thu thập
− Tốc độ thu thập dữ liệu
− Các lệnh điều khiển có thể được tạo ra một cách tự động bởi các hệ thống
này ở mức độ nào
− Kiểu tính toán và vị trí mà các tính toán và các tác động điều khiển sẽ được thực hiện.
Với những đặc điểm nêu trên, hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) là một phần không thể thiếu trong một hệ thống công nghiệp hiện đại bất kỳ. Qua hệ thống SCADA thì bất cứ một thay đổi hay một sự cố nào xảy ra trên hệ thống đều có thể kiểm soát. Việc triển khai ứng dụng hệ thống SCADA trong công tác giám sát hệ thống đem lại những lợi ích to lớn cả về mặt kỹ thuật và kinh tế.
Hiện có nhiều phần mềm khác nhau có thể giúp ta xây dựng một hệ thống SCADA. Trong đó, phần mềm WinCC là một phần mềm được sử dụng rất phổ biến trong thực tế. Đây là một trong những phần mềm mở của hãng Simens, với chức năng lập trình, giám sát, điều khiển, nó đáp ứng được mọi yêu cầu điều khiển tự động và giám sát trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp.
Trong đồ án của mình, Em đã sử dụng phần mềm WinCC để xây dưng một hệ thống SCADA nhằm đáp yêu cầu điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu của toàn bộ dây chuyền sản xuất H2SO4
4.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WINCC
WinCC (Window Control Center) là phần mềm tích hợp giao diện người máy HMI (Integrated Human Machine Interface) đầu tiên cho phép kết hợp phần mềm điều khiển với quá trình tự động hóa. Những thành phần dễ sử dụng của WinCC giúp tích hợp những ứng dụng mới hoặc có sẵn mà không gặp bất kì trở ngại nào.
Đặc biệt, với WinCC người sử dụng có thể tạo ra một giao diện điều khiển giúp