1.5.1. Cảm biến
Cảm biến quang điện là một loại khác của thiết bị cảm biến vị trí. Cảm biến quang điện dùng sự ngăn chặn hay sự phản xạ của chùm tia sáng đã đƣợc điều chế khi gặp vật thể để xác định vật thể. Bộ điều khiển gồm một bộ phát xạ (nguồn sáng ) một bộ thu để xác định ánh sáng phát ra, với sự hỗ trợ của mạch điện tử đánh giá và khuyếch đại tín hiệu bắt đƣợc để thay đổi ngõ ra của cảm biến. Chúng ta khá gần gũi với những ứng dụng của cảm biến quang điện ví dụ nhƣ đƣợc đặt trƣớc cữa để cảnh báo có ngƣời vào, phát hiện sản phẩm
Sơ đồ nguyên lý của cảm biến quang
Cảm biến tiệm cận bao gồm tất cả các loại cảm biến phát hiện vật thể
không cần tiếp xúc nhƣ công tắc hành trình mà dựa trên những mối quan hệ vật lý giữa cảm biến và vật thể cần phát hiện. Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện. Có 3 hệ thống phát hiện để thực hiện công việc chuyển đổi này: hệ thống sử dụng dòng điện xoáy đƣợc phát ra trong vật thể kim loại nhờ hiện tƣợng cảm ứng điện từ, hệ thống sử dụng sự thay đổi điện dung khi đến gần vật thể cần phát hiện, hệ thống sử dụng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ.
Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3
Đồ án tốt nghiệp 149
Ta có một số hình vẽ về các loại cảm biến sử dụng trong trạm FMS:
1.5.2. Động cơ DC SERVO
Động cơ DC và động cơ bƣớc vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để động cơ quay nhƣng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơ bƣớc là động cơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhận đƣợc. Việc thiết lập một hệ thống điều khiển để xác định những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơ hoặc làm động cơ không quay cũng không dễ dàng.
Mặt khác, động cơ servo đƣợc thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ đƣợc nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ đƣợc hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chƣa đạt đƣợc vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt đƣợc điểm chính xác.
Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thƣớc, đƣợc sử dụng trong nhiếu máy khác
nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay và xe hơi. Ứng dụng mới nhất của động cơ servo là trong các robot, cùng loại với các động cơ dùng trong mô hình máy bay và xe hơi.
1.5.3. Van điện từ STNC DC 24
Nguyên lý hoạt động: có một cuộn dây điện, trong đó có một lò xo và một lỏi sắt, lỏi sắt đó lại tỳ vào một đầu gioăng cao su. Bình thƣờng không có điện thì lò xo ép vào lỏi sắt để đóng van. Khi ta đƣa dòng điện vào, cuộn dây sinh ra từ trƣờng hút lổi sắt, từ trƣờng này đủ mạnh thắng đƣợc lò xo khi đó van mở ra cho dòng khí lƣu thông.
Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3
Đồ án tốt nghiệp 150
Bộ nguồn khí nén: Bộ phận không thế thiếu đƣợc trong hệ thống điều khiển khi nén đƣợc ký hiệu là FRL ( Filter Regulatorpression Lubricatoroil). Nó có chức năng chính là lọc sạch khí nén và điều chỉnh áp suất của nguôn khí khi đƣa vào hệ thống điều khiển khí nén.
Máy nén khí
Cấu tạo bộ FRL: có 3 bộ phận chính
F: Filter có chức năng để lọc bụi và tác nƣớc R: Regulatorpression bộ điều chỉnh áp suất
L: Lubricatoroil bộ bôi trơn để tạo khí trơn (có lẫn dầu) Sơ đồ bộ FRL:
Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3
Đồ án tốt nghiệp 151
PHỤ LỤC 2:
GIỚI THIỆU VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CÁC TRẠM QUA MẠNG TRUYỀN
THÔNG PROFIBUS
2.1. Tổng quan về mạng truyền thông và cấp hiện trường
Hình 3.0: hệ thống mạng truyền thông công nghiệp
Đây là cấp nằm tại hiện trƣờng và tất nhiên cấp này nằm sát với dây chuyền sản xuất nhất. Các thiết bị chính trong cấp này là sensor và cơ cấu chấp hành, chúng có thể đƣợc nối mạng trực tiếp hoặc thông qua đƣờng Bus để nối với cấp trên (cấp điều khiển). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hệ thống Bus dùng để kết nối các thiết bị ở cấp hiện trƣờng với cấp điều khiển gọi là Bus trƣờng (fieldbus), trong thực tế hệ thống Bus này đòi hỏi cần có đáp ứng thời gian thực trong các cuộc trao đổi thông tin, một đặc trƣng của các cuộc trao đổi tin trong cấp trƣờng là các bản tin thƣờng có chiều dài không lớn.
Điển hình của Bus trƣờng là: Profibus-DP, Profibus-PA, Can, Foundation Fielbus, DeviceNet.
Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3
Đồ án tốt nghiệp 152
Cấp này bao gồm các trạm điều khiển hiện trƣờng (FCS), các bộ điều khiển logic lập trình (PLC), các thiết bị quan sát ... Chức năng thu thập các tín hiệu từ hiện trƣờng, thực hiện điều khiển cơ sở, điều khiển logic, tổng hợp dữ liệu …
Các thiết bị ở cấp này đƣợc kết nối với nhau và kết nối với các thiết bị ở cấp trên (cấp điều khiển giám sát) thông qua Bus hệ thống, thực tế các bản tin trao đổi trên Bus hệ thống cũng đòi hỏi tín năng thời gian thực cao, mặt khác đặc thù của các bản tin là chiều dài lớn hơn nhiều so với các bản tin trao đổi trên Bus trƣờng. Điển hình của Bus hệ thống là: Profibus-FMS, ControlNet, Industrial Ethernet.
2.3. Cấp điều khiển giám sát
Các thiết bị trong cấp này bao gồm các trạm giao tiếp ngƣời máy HIS, các trạm thiết kế kỹ thuật EWS, và các thiết bị phụ trợ khác. Chức năng của cấp này là thực hiện điều khiển quá trình (Process Control), thực hiện các thuật toán điều khiển tối ƣu...
2.4. Cấp quản lí kỹ thuật và cấp quản lí kinh tế
Thực chất các cấp này rất quan trọng đối với các hoạt động của công ty, tuy nhiên yêu cầu về tốc độ trao đổi thông tin cũng nhƣ đòi hỏi về thời gian thực là không cao, chức năng của các cấp này là quản lí tình trạng hoạt động của các thiết bị trong toàn hệ thống cũng nhƣ hoạch định chiến lƣợc phát triển sản xuất dựa trên tình trạng của thiết bị. Một số giao thức dùng trong các hệ thống mạng này là Fast Ethernet, TCP/IP.
2.5. Giới thiệu mạng PROFIBUS
ProfiBus là một hệ thống Bus trƣờng chuẩn mở rộng dùng để nối các thiết bị trƣờng với các thiết bị điều khiển và giám sát. ProfiBus là một thiết bị nhiều chủ, nó cho phép các thiết bị điều khiển tự động, các trạm kỹ thuật và hiển thị quá trình cũng nhƣ các phụ kiện phân tán cùng làm việc trên một đƣờng truyền chung là Bus.
ProfiBus thực hiện chức năng ứng dụng hoạt động theo chu kỳ, có độ tin cậy cao và có khả năng đáp ứng cao về tính năng thời gian thực.
Mạng PROFIBUS đƣợc cung cấp theo ba chủng loại tƣơng thích nhau.
PROFIBUS – DP (Distributed Peripheral) phục vụ cho việc trao đổi thông tin nhỏ nhƣng đòi hỏi tốc độ truyền nhanh. PROFIBUS – DP đƣợc xây dựng tối ƣu cho việc kết nối các thiết bị trƣờng với máy tính điều khiển. PROFIBUS – DP phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu cao về tính năng thời gian trong trao đổi dữ liệu, giữa cấp điều khiển cũng nhƣ các bộ PLC hoặc các máy tính công nghiệp với các ngoại vi phân tán ở cấp trƣờng nhƣ các thiết bị đo, truyền động và van. Việc trao đổi chủ yếu đƣợc thực hiện tuần hoàn theo cơ chế
Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3
Đồ án tốt nghiệp 153
Master/Slave. Với số trạm tối đa trong một mạng là 126, PROFIBUS – DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ (Mono Master) hoặc nhiều trạm chủ (Multi Master). Một đặc trƣng nữa của PROFIBUS – DP là tốc độ truyền cao, có thể lên tới 12 Mbit/s.
PROFIBUS – FMS (Fieldbus Message Specification) trao đổi lƣợng thông tin trung bình giữa các thành viên bình đẳng với nhau trong mạng. PROFIBUS – FMS đƣợc dùng chủ yếu cho việc nối mạng các máy tính điều khiển và giám sát. Mạng này chỉ thực hiện ở các lớp 1, 2, 7 theo mô hình quy chiếu OSI. Do đặc điểm của các ứng dụng trên cấp điều khiển và điều khiển giám sát, dữ liệu chủ yếu đƣợc trao đổi với tính chất không định kỳ.
PROFIBUS – PA (Process Automation) đƣợc thiết kế riêng cho những khu vực nguy hiểm. PROFIBUS – PA là sự mở rộng của PROFIBUS – DP về phƣơng pháp truyền dẫn an toàn trong môi trƣờng dễ cháy nổ theo chuẩn IEC 61158-2. PROFIBUS – PA là loại bus trƣờng thích hợp cho các hệ thống điều khiển phân tán trong các ngành công nghiệp hoá chất và hoá dầu. Thiết bị chuyển đổi (DP/PA-Link) đƣợc sử dụng để tích hợp đƣờng mạng PA với mạng PROFIBUS DP. Điều này đảm bảo cho toàn bộ thông tin có thể đƣợc truyền liên tục trên hệ thống mạng PROFIBUS bao gồm cả DP và PA ProfiBus là một chuẩn truyền thông trong công nghiệp đƣợc sử dụng rất rộng rãi, có hai loại thiết bị thƣờng gặp trong mạng truyền thông ProfiBus đƣợc phân biệt là thiết bị chủ (Master) và thiết bị tớ (Slave).
Thiết bị chủ (Master) có khả năng kiểm soát truyền thông trên Bus, một trạm chủ có thể gửi thông tin khi nó giữ quyền truy nhập Bus. Trạm chủ còn đƣợc gọi là trạm tích cực.
Thiết bị tớ (Slave) là các thiết bị trƣờng vào ra phân tán, cảm biến và cơ cấu
chấp hành. Chúng không đƣợc quyền truy nhập Bus mà chỉ đƣợc phép xác nhận hoặc trả lời thông tin nhận đƣợc từ trạm chủ khi đƣợc yêu cầu. Một trạm tớ còn đƣợc gọi là trạm thụ động. Một trạm tớ thực hiện ít dịch vụ hơn, tức là xử lý giao thức đơn giản hơn so với trạm chủ.
2.6. Cấu hình hệ thống và dạng thiết bị
PROFIBUS-DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ (Monomaster) hoặc nhiều trạm chủ (Multimaster) với số trạm tối đa trong một đoạn mạng là 126 trạm. Trong cấu hình nhiều chủ, tất cả các trạm chủ đều có thể đọc dữ liệu đầu vào/ra của các trạm tớ nhƣng chỉ duy nhất một trạm chủ đƣợc quyền ghi dữ liệu đầu ra. Các quy
Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3
Đồ án tốt nghiệp 154
định cho cấu hình hệ thống bao gồm số lƣợng trạm, gán địa chỉ cho các I/O phân tán, đồng nhất dữ liệu I/O, dạng thông báo chuẩn đoán và thông số Bus sử dụng. Tùy theo phạm vi chức năng, kiểu dịch vụ thực hiện ngƣời ta phân biệt các dạng dịch vụ sau:
DP-Master cấp 1 (DPM1), đây là một bộ điều khiển trung tâm trao đổi thông tin với các trạm phân tán (DP-Slave) theo một chu kỳ thông báo xác định. Các thiết bị điển hình dạng này là các bộ PLC, máy CNC hoặc điều khiển Robot.
DP-Master cấp 2 (DPM2), các thiết bị thuộc dạng này là các thiết bị lập (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
trình, thiết bị cấu hình hoặc thiết bị chuẩn đoán. Các thiết bị này đƣợc sử dụng trong quá trình khởi động để tạo ra cấu hình cho hệ thống DP.
DP-Slave, một DP-Slave là một thiết bị I/O (Sensor-Actuator) đọc vào các
thông tin từ Input hoặc đƣa ra thông tin ngõ ra tới quá trình xử lý. Lƣợng thông tin ngõ vào hoặc ngõ ra phụ thuộc vào thiết bị.
Hệ thống Mono-Master, cấu hình hệ thống này chỉ có duy nhất một Master
và là hệ thống có thời gian chu kỳ ngắn nhất..
Hệ thống Multi-Master, hệ thống này có nhiều Master, chẳng hạn nhƣ các
thiết bị cấu hình, các thiết bị chuẩn đoán hoặc một số hệ thống con (subsystem) phụ thuộc lẫn nhau trên một Bus. Việc đặt cấu hình hệ thống đƣợc thực hiện bằng phần mềm, thông thƣờng một công cụ cấu hình cho phép ngƣời sử dụng bổ sung và tham số hóa nhiều loại thiết bị của cùng một nhà sản xuất một cách tƣơng đối đơn giản bởi các thông tin tính năng cần thiết của các thiết bị này đã đƣợc đƣa vào cơ sở dữ liệu của công cụ cấu hình.
Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3
Đồ án tốt nghiệp 155
PHỤ LỤC 3:
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM GIÁM SÁT WINCC V7.0
3.1. Tổng quan về phần mềm giám sát WinCC
WinCC (Windows Control Center) là phần mềm tích hợp giao diện ngƣời máy IHMI (Integrated Human Machine Interface) đầu tiên cho phép kết hợp phần mềm điều khiển với quá trình tự động hoá. 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, ngƣời sử dụng có thể tạo ra một giao diện điều khiển giúp quan sát mọi hoạt động của quá trình tự động hoá một cách dễ dàng.
Phần mềm này có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều loại PLC của các hãng khác nhau nhƣ Siemens, Mitsubishi, Allen Bradley, v.v..., nhƣng nó đặc biệt truyền thông rất tốt với PLC của hãng Siemens.
WinCC còn có đặc điểm là đặc tính mở. Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm của ngƣời sử dụng, tạo nên giao diện ngƣời-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 nhƣ một nền tảng để mở rộng hệ thống.
3.2. Chức năng của trung tâm điều khiển (CONTROL CENTER) 3.2.1. Chức năng
Control Center chứa tất cả chức năng quản lý cho toàn hệ thống. Trong Control Center, có thể đặt cấu hình và khởi động Run-time.
a. Nhiệm vụ quản lý dữ liệu
Quản lý dữ liệu cung cấp ảnh quá trình với các giá trị của tag. Tất cả các hoạt động của quản lý dữ liệu đều chạy trên một background (nên).
b. Nhiệm vụ của Control Center
Các nhiệm vụ chính của Control Center: Lập cấu hình hoàn chỉnh
Hƣớng dẫn giới thiệu việc lập cấu hình
Thích ứng việc ấn định, gọi và lƣu trữ các dự án (Projects) Quản lý các dự án (Projects)
Có khả năng nối mạng và soạn thảo cho nhiều ngƣời sử dụng trong một Projects
Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3
Đồ án tốt nghiệp 156
Quản lý phiên bản
Diễn tả bẳng đồ thị của dữ liệu cấu hình
Điều khiển và đặt cấu hình cho các hình vẽ/cấu trúc hệ thống Thiết lập việc cài đặt toàn cục
Đặt cấu hình cho các chức năng định vị đặc biệt Tạo và soạn thảo các tham khảo đan chéo Phản hồi tài liệu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Báo cáo trạng thái hệ thống Thiết lập hệ thống đích
Chuyển giữa Run-time và cấu hình
Kiểm tra chế độ mô phỏng, trợ giúp thao tác để đặt cấu hình dữ liệu bao gồm: Dịch hình vẽ, mô phỏng tag, hiển thị trạng thái và thiết lập thông báo
3.2.2. Cấu trúc
Control Center có các cấu trúc nhƣ sau:
a. Control Center
Tìm hiểu WinCC trong Control Center: Giao diện đồ họa cho cấu hình dƣới môi trƣờng Windows
Quản lý dữ liệu: Cung cấp ảnh quá trình với các dữ liệu của biến (tag). Truyền dữ liệu và quản lý dữ liệu đã nhận các hệ thống tự động.
b. Các module chức năng
Phân hệ đồ họa (Graphic Designer): Hiển thị và kết nối các quá trình bằng đồ thị
Viết chƣơng trình cho các thao tác (Global Scrips): Tạo một dự án động cho các yêu cầu đặc biệt.
Hệ thống thông báo (Alarm Logging): Xuất các thông báo và hồi đáp Lƣu trữ và soạn thảo các giá trị đo lƣờng (Tag logging): Soạn thảo các giá trị đo và lƣu trữ chúng trong thời gian dài
Soạn thảo dữ liệu liên quan đến ngƣời sử dụng và lƣu giữ chúng trong thời gian dài
Phân hệ báo cáo (Report Designer): Báo cáo trạng thái hệ thống
Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3
Đồ án tốt nghiệp 157
Đối với trung tâm điều khiển (Control Center), việc in ra một hệ thống định sẵn