2.9.1 Khái quát chung
Định nghĩa về Wincc
Wincc là phần mềm tích hợp giao diện người máy IHMI (Intergrate Human Machine Interface) đầu tiên cho phép kết hợp phần 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 quan sát mọi hoạt động của quá trình tự động hóa một cách dễ dàng.
Phần mềm này có thể trao đổi trực tiếp với nhiều loại PLC của các hãng khác nhau như: SIEMENS, MITSUBISHI,…nhưng đặc biệt Wincc truyền thông rất tốt với PLC của hãng SIEMENS. Nó được cài đặt trực tiếp trên máy tính và giao tiếp với PLC thông qua cổng COM1 hoặc COM2 của máy tính. Do đó cần có một bộ chuyển đổi từ chuẩn RS-232 của máy tính sang chuẩn RS-485 của PLC.
Wincc còn có đặc tính mở, nó có thể dễ dành sử dụng tạo lên giao diện người máy đáp ứng nhu cầu thực tế một cách chính xác. Những nhà cung cấp hệ thống có thể phát triển ứng dụng của họ thông qua giao diện mở của Wincc như một nền tảng để mở rộng hệ thống. Wincc có khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống cấp cao như MES và ERP.
2.9.2 Truyền thông trong môi trường wincc
Trình quản lý dữ liệu (Data manager)
Wincc cơ sở dữ liệu là Sylbase SQL Anywhere, nó được sử dụng để lập hồ sơ tất cả các dữ liệu cấu hình theo các danh sách Tag và các văn bản thông điệp, các giá trị đo được và các mẫu tin dữ liệu user.
Cơ sở dữ liệu này có chức năng như một client Wincc Data Manager là trình quản lý dữ liệu, người sử dụng không thể thấy được trình quản lý dữ liệu này.
Trình quản lý dữ liệu làm việc với dữ liệu được sinh ra từ Wincc Project và được cất trong cơ sở dữ liệu Project. Nó quản lý các Wincc tag trong lúc chạy chương trình. Tất cả các dữ liệu của Wincc phải được yêu cầu dữ liệu từ trình quản lý dữ liệu ở các dạng Wincc Tag.
Các ứng dụng này bao gồm: Graphics Runtime, Alam Logiging Runtime, Tag Logiging Runtime.
Các trình truyền thông
Để Wincc truyền thông với tất cả các PLC khác, người ta sử dụng các trình điều khiển truyền thông. Chúng nối trình quản lý dữ liệu với PLC. Trình điều khiển truyền thông gồm một C++DLL, mà truyền thông giao tiếp của trình quản lý dữ liệu gọi là kênh APL. Trình điều khiển truyền thông cung cấp các giá trị quá trình cho các Wincc Tag. Các trình điều khiển truyền thông có tập tin mở rộng là “.chm”.
Đơn vị kênh
Ngõ vào Communication Driver trong Tag Managerment chứa ít nhất một sub-entry hay còn gọi là một đơn vị kênh. Mỗi đơn vị kênh tạo lên giao tiếp với chính xác một bộ lái Hardware và như vậy với Modul truyền thông của PLC, người ta phải định nghĩa đơn vị kênh.
Kết nối với PLC
Để đơn vị kênh đọc và ghi giá trị quá trình của PLC người ta phải thiết lập một kết nối với PLC này. Kết nối mới được thiết lập bằng cách Click chuột phải vào đơn vị kênh và New Driver Connection từ Menu.
Hình 2.16 Tạo kết nối với PLC
Các tham số kết nối được đặt tùy theo trình điều khiển truyền thông được trọn. Kết nối phải luôn được gán với một tên duy nhất với Project. Để cài đặt kết nối click chuột phải vào Tag Managerment sau đó Click vào Add New Driver.
Hình 2.17: Chọn Driver kết nối với PLC Thiết lập các cấu hình truyền thông
Các dịch vụ truyền thông của Wincc gồm có truyền thông sau: - Truyền thông với Simatic S5
- Truyền thông với Simatic S7 - Truyền thông với Wincc.
Các hàm truyền thông cơ bản - Kiểu dữ liệu của Wincc
- Binary Tag : Kiểu nhị phân
- Unsigned 8 bit value: Kiểu nguyên 8 bit không dấu. - Unsigned 16 bit value: Kiểu nguyên 16 bit không dấu. - Signed 16 bit value: Kiểu nguyên 16 bit có dấu.
- Unsigned 32 bit value: Kiểu nguyên 32 bit không có dấu. - Signed 32 bit value : Kiểu nguyên 32 bit có dấu.
-Floating point Number 32 bit IEEE 754: Kiểu số thực 32 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754.
-Floating point Number 64 bit IEEE 754: Kiểu số thực 64 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754.
-Text tag 8 bit character set : Kiểu kí tự 8 bit. - Text tag 16 bit character set: Kiểu kí tự 16 bit. - Raw data type: Kiểu dữ liệu thô.
- Text Reference.
Gửi dữ liệu từ Wincc xuống các ô nhớ PLC:
-Cấu trúc: (giá trị trả về) SetTagX(“tên biến ngoại”, giá trị ) Giá trị trả về: BOOL.
Nếu quá trình gửi thành công thì giá trị trả về là TRUE, còn ngược lại thì giá trị trả về là FALSE, X có thể là Bit, Byte, Word.
Lấy dữ liệu từ ô nhớ PLC lên biến ngoại nào đó trên Wincc: Cấu trúc: (Giá trị trả về) GetTagX(“tên biến ngoại”)
X có thể là Bit, Byte, Word.
Tên biến ngoại là biến được gán tương ứng với các ô nhớ nhất định của PLC được thiết lập ở Tag Managerment.
2.9.3. Các chức năng của wincc
Tùy theo chức năng sử dụng mà người dùng có thể chọn các gói khác nhau trong Wincc như một trong các lựa trọn của sản phẩm. Các gói cơ bản của Wincc được chia làm hai loại sau:
-Wincc Runtime Package (RT): chứa các chức năng ứng dụng để chạy các ứng dụng của Wincc như hiển thị, điều khiển, thông báo các trạng thái, các giá trị điều khiển và làm các báo cáo.
-Wincc Complete Package (RC): bao gồm bản quyền để xây dựng cấu hình hệ thống và bản quyền chạy ứng dụng.
Ngoài những gói phần mềm cơ bản trên, Wincc còn có các Modul nâng cao dành cho những ứng dụng cấp cao hơn (Wincc Options) và các Modul mở rộng đặc biệt (Wincc Add-on).
Larm Logging
Soạn thảo Alarm Logging đảm trách về các thông báo nhận được và lưu trữ. Nó chứa các chức năng để nhận các thông báo từ quá trình sản xuất, để chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng.
Với các đặc tính này, Alarm Logging giúp tìm ra nguyên nhân gây lỗi, dò tìm lỗi, khoanh vùng sự cố, đưa ra các thông báo về tình trạng hiện hành của hệ thông dưới dạng các ghi chép hệ thông hay còn gọi là nhật ký sự kiện. Người vận hành có thể dựa vào đó để vận hành hệ thống một cách tin cậy. Chức năng trên được thực hiện nhờ trình ứng dụng Alarm Logging của Wincc.
Các thông báo gồm: -Thông báo lỗi -Cảnh báo
-Hiển thị các thông tin về trạng thái hiện hành của hệ thống.
Các thông báo bao gồm các thông tin thời gian khi hệ thống xác lập được điều kiện xãy ra thông báo, bit xác định được dựng lên ngày giờ thiết lập thông báo, thông tin cần thiết đi kèm thông báo...
Tag Logging
Quá trình thu thập số liệu là quá trình không thể thiếu được trong quá trình sản xuất, đó chính là chức năng của một hệ SCADA. Thông thường các số liệu cần thu thập được thể hiện dưới dạng các bảng số liệu trực tuyến, đồ thị. Các giá trị này có một tên danh định trong phần mềm WinCC và được gán cho các biến chương trình. Sự thay đổi các giá trị trong chương trình phụ thuộc vào quá trình vật lí bên ngoài của đối tượng được gán cho các biến chương trình (Tag). WinCC hỗ trợ chức năng hiện giá trị đo thông qua trình ứng dụng Tag Logging.
Các phương pháp thu thập và lưu trữ dữ liệu:
- Liên tục theo chu kỳ (cyclical logging): các giá trị được thu thập một cách liên tục theo chu kỳ và trong trật tự thời gian.
- Theo chu kỳ lựa chọn (selective logging): quá trình thu thập dữ liệu chỉ bắt đầu khi xãy ra một sự kiện nào đó và kết thúc khi sự kiện đó chấm dứt. Sự kiện có thể là:
-Giá trị của một biến tương tự vượt qua một ngưỡng cho trước. -Tại một thời điểm định trước .
-Tác động của bàn phím hoặc chuột.
-Có lệnh của hệ thống máy tính cấp cao hơn.
- Không theo chu kỳ: Sự kiện bắt đầu phụ thuộc vào một hay nhiều bit, quá trình thu thập dữ liệu bắt đầu khi các bit này chuyển từ 0 sang 1 hay ngược lại.
- Thời gian thu thập và lưu trữ:
-Thời gian thu thập (Acquisition Time): là khoảng thời gian mà giá trị đó sao chép từ quá trình thực thông qua mạng.
-Thời gian lưu trữ (Archiving Time): là khoảng thời gian để thực hiện thông tin đo hay chính là khoảng thời gian để phần mềm thể hiện một giá trị đo cụ thể.
Graphics Designer
Để thực hiện công việc mô phỏng quá trình bằng những hình ảnh trực quan WinCC có một giao diện khá hoàn chỉnh dành cho người sử dụng thông qua trình ứng dụng thiết kế đồ hoạ Graphic Designer.
Trình ứng dụng Graphic Designer giúp cho người lập trình có khả năng vẽ lại toàn bộ quá trình, các mô hình của đối tượng.
Việc mô phỏng hệ thống chia làm hai bước:
- Thể hiện hệ thống ở trạng thái tĩnh: Sử dụng các đối tượng chuẩn vẽ các hình ảnh cần thiết kế. Mỗi đối tượng khi được thả xuống thì nó có các giá trị thuộc tính mặc định. Người thiết kế cần đặt các giá trị như vị trí, màu nền, màu đường, phông chữ hiển thị, độ lớn...
Thể hiện hệ thống ở trạng thái động: WinCC có các chức năng tiện ích phục vụ cho các nhu cầu thể hiện trạng thái động đồng thời với sự thay đổi về mặt điện của hệ thống điều khiển ngoài thông qua mạng .
Để thể hiện được các trạng thái động của hệ thống khi thiết kế cần phải đặt các biến chương trình (tag) trong Tag management.
Các đặc tính của chương trình Graphic Designer : - Dễ dàng sử dụng, giao diện đơn giản.
- Sắp xếp hợp lý với 1 thư viện biểu tượng kín.
- Đặc tính động có khả năng định dạng của các đối tưọng tranh với trợ giúp từ “dynamic wizard”.
- Liên kết đến các chức năng cộng thêm bằng mã hữu dụng. - Liên kết các đối tượng đồ hoạ được tự tạo ra.
Globall Scripts
Đây là phần tổng quát của các action và các hàm C mà đựơc dùng trong toàn bộ project hoặc ngay cả trong các project khác.
Các đặc tính:
- Khả năng tạo ra các action và các hàm C
- Khả năng bổ sung các action và các hàm C qua toàn bộ project hay trong các project khác.
- Thư viện của WinCC chứa nhiều hàm chuẩn, mỗi hàm thực hiện một chức năng khác nhau. Để mở rộng chức năng và tạo sự linh hoạt trong việc lập trình ta có thể xây dựng một cơ sở dữ liệu riêng nhằm thực hiện các mục đích khác nhau. Cơ sở dữ liệu này được viết bằng ngôn ngữ lập trình C và được WinCC biên dịch. WinCC chứa các hàm chức năng sau:
+Các hàm ứng dụng (Project Function): Các hàm này được sử dụng trong trình ứng dụng WinCC. Người lập trình có thể thay đổi hay thiết lập một hàm ứng dụng mới tuỳ theo những ứng dụng cụ thể.
+Các hàm chuẩn (Standard Function): Là các hàm chức năng riêng mà WinCC hỗ trợ cho người lập trình theo chuẩn của nó. Hàm chuẩn được dùng cho tất cả các ứng dụng. Có thể thay đổi những hàm sẵn có hay tạo ra những hàm chuẩn mới, các thao tác đó được thực hiện bằng ngôn ngữ C.
+ Các hàm nội (Internal Function): Đây là các hàm chức năng đặc biệt của WinCC. Người lập trình chỉ được sử dụng mà không được phép thay đổi chúng.
+Các hàm nền (Action): Các hàm nền (Background Function) được hiểu như các đoạn mã dữ liệu chạy ngầm trong chương trình để xử lý một công việc xác định.
Các cấu hình hệ thống cơ bản trong Wincc
WinCC có thể hỗ trợ các cấu hình hệ thống từ thấp đến cao ví dụ như trong các cấu hình như sau:
- Hệ thống điều khiển dùng nhiều máy tính ( multi-user system) - Cấu trúc client / server có dự phòng.
- Cấu trúc của hệ thống phân tán với nhiều trạm chủ
Về nguyên tắc, toàn bộ nhiệm vụ giám sát có thể chia cho nhiều trạm chủ dựa theo cấu trúc của nhà máy hay dựa theo chức năng của từng bộ phận của hệ thống.
CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ CHẾ TẠO BẰNG PLC S7 300 VÀ MÔ PHỎNG TRÊN WINCC
Hệ thống trạm trộn bê tông được hoàn thành dựa trên sự kết hợp giữa chương trình sử dụng ngôn ngữ lập trình PLC S7-300 và phần mềm mô phỏng WinCC. S7- 300 để tạo thao tác vận hành cũng như quy luật hoạt động và điều khiển hệ thống.
3.1 Sơ đồ thuật toán
Khi ấn START hệ thống sẽ được khởi động, các bồn chứa cát, đá, xi măng,trộn sẽ được mở. Các nguyên liệu được đưa vào bồn trộn theo thời gian.
- Băng tải cát hoạt động 8s,băng tải đá hoạt động 12,băng tải xi măng hoạt động 4s.
- Động cơ trộn Trộn thêm 8s nữa.
- Bơm nước bắt đầu hoạt động và hoạt động trong vòng 5s thì dừng lại. - Động cơ trộn hoạt động thêm 5s sau đó pít tông xả hoạt động.
3.2 Thống kê đầu vào và ra của mô hình
Hình 3.2 Đầu vào và ra trong symbol
3.4 Kết quả mô phỏng trên win cc
Một số hình ảnh về mô hình em làm:
KẾT LUẬN
Trạm trộn bê tông xi măng là một máy sản xuất vật liệu xây dựng lớn, có cấu tạo, cách thức điều khiển phức tạp. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và thi công mô hình
trạm trộn bê tông dùng PLC S7 300 và mô phỏng trên WIN CC” của em đã thực
hiện được những vấn đề sau:
- Tìm hiểu những trạm trộn bê tông xi măng hiện đang được sử dụng ở Việt Nam hiện nay. Quy trình vận hành, cấu tạo, nguyên lý làm việc và ưu nhược điểm của từng loại trạm.
- Cơ sở về thiết bị điều khiển và giám sát PLC S7-300 và WinCC.
- Tính toán thiết kế một số chi tiết của các bộ máy trong trạm.
- Xây dựng chương trình điều khiển và giám sát trên phần mềm PLC S7-300 và WinCC.
Đồ án tốt nghiệp này mới chỉ tìm hiểu được một phần nhỏ của trạm trộn bê tông xi măng, các kết quả thu được chỉ mang tính chất tương đối, đáp ứng phần nào yêu cầu điều khiển được đặt ra.
Với kiến thức và thời gian có hạn nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những sai sót. Do vậy em rất mong nhận được sự góp ý và đánh giá của các quý thầy cô để đồ án tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TS. Trần Quang Quý, TS. Nguyễn Văn Vịnh, TS. Nguyễn Bính, Máy và thiết bị sản xuất vật liệu xây dựng, Nhà xuất bản Giao thông Vận tải, Hà Nội 2001.
[2] PGS. TS. Phạm Duy Hữu, TS. Ngô Xuân Quảng, Vật liệu xây dựng, Nhà xuất bản
[3] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Văn Hà, Tự động hóa với SIMATIC S7-
[4] Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy, Tự động hóa trong công nghiệp với Wincc,
Nhà xuất 300, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 2007.bản Hồng Đức. [5] Siemens – Manual PLC S7 – 300, SIEMENS.