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 được 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 được để thay đổi ngõ ra của cảm biến. Chúng ta khá gần gũi với những ứng dụng của cảm biến quang điện ví dụ như được đặt trước cữa để cảnh báo có người 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 như 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 được phát ra trong vật thể kim loại nhờ hiện tượng cảm ứng
1.5.2. Động cơ DC SERVO
Động cơ DC và động cơ bước vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để động cơ quay nhưng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơ bước là động cơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhận được. 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 được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được 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 chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác.
Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được 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 thường không có điện thì lò xo ép vào lỏi sắt để đóng van. Khi ta đưa dòng điện vào, cuộn dây sinh ra từ trường hút lổi sắt, từ trường này đủ mạnh thắng được lò xo khi đó van mở ra cho dòng khí lưu thông.
Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3
Nó có chức năng chính là lọc sạch khí nén và điều chỉnh áp suất của nguôn khí khi đưa 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 nước • R: Regulatorpression bộ điều chỉnh áp suất
• L: Lubricatoroil bộ bôi trơn để tạo khí trơn (có lẫn dầu) • Sơ đồ bộ FRL:
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 trường 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 được nối mạng trực tiếp hoặc thông qua đường Bus để nối với cấp trên (cấp điều khiển).
Hệ thống Bus dùng để kết nối các thiết bị ở cấp hiện trường với cấp điều khiển gọi là Bus trường (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 trưng của các cuộc trao đổi tin trong cấp trường là các bản tin thường có chiều dài không lớn.
Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3
Cấp này bao gồm các trạm điều khiển hiện trường (FCS), các bộ điều khiển logic lập trình (PLC), các thiết bị quan sát ... Chức năng thu thập các tín hiệu từ hiện trường, thực hiện điều khiển cơ sở, điều khiển logic, tổng hợp dữ liệu …
Các thiết bị ở cấp này được 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 trường. 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 người 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 ưu...
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 như 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 như hoạch định chiến lược 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 trường chuẩn mở rộng dùng để nối các thiết bị trường 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 như các phụ kiện phân tán cùng làm việc trên một đường 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 được cung cấp theo ba chủng loại tương thích nhau.
• PROFIBUS – DP (Distributed Peripheral) phục vụ cho việc trao đổi thông tin nhỏ nhưng đòi hỏi tốc độ truyền nhanh. PROFIBUS – DP được xây dựng tối ưu cho việc kết nối các thiết bị trường với máy tính điều khiển. PROFIBUS – DP phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu cao về tính năng thời gian trong trao đổi
có thể lên tới 12 Mbit/s.
• PROFIBUS – FMS (Fieldbus Message Specification) trao đổi lượng thông tin trung bình giữa các thành viên bình đẳng với nhau trong mạng. PROFIBUS – FMS được 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 được trao đổi với tính chất không định kỳ.
• PROFIBUS – PA (Process Automation) được thiết kế riêng cho những khu vực nguy hiểm. PROFIBUS – PA là sự mở rộng của PROFIBUS – DP về phương pháp truyền dẫn an toàn trong môi trường dễ cháy nổ theo chuẩn IEC 61158-2. PROFIBUS – PA là loại bus trường 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) được sử dụng để tích hợp đường mạng PA với mạng PROFIBUS DP. Điều này đảm bảo cho toàn bộ thông tin có thể được truyền liên tục trên hệ thống mạng PROFIBUS bao gồm cả DP và PA ProfiBus là một chuẩn truyền thông trong công nghiệp được sử dụng rất rộng rãi, có hai loại thiết bị thường gặp trong mạng truyền thông ProfiBus được 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 được gọi là trạm tích cực.
• Thiết bị tớ (Slave) là các thiết bị trường vào ra phân tán, cảm biến và cơ cấu
chấp hành. Chúng không được quyền truy nhập Bus mà chỉ được phép xác nhận hoặc trả lời thông tin nhận được từ trạm chủ khi được yêu cầu. Một trạm tớ còn được 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.
Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3
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 người 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
trình, thiết bị cấu hình hoặc thiết bị chuẩn đoán. Các thiết bị này được 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 đưa ra thông tin ngõ ra tới quá trình xử lý. Lượng 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 như 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 được thực hiện bằng phần mềm, thông thường một công cụ cấu hình cho phép người sử dụng bổ sung và tham số hóa nhiều loại thiết bị của cùng một nhà sản xuất một cách tương đối đơn giản bởi các thông tin tính năng cần thiết của các thiết bị này đã được đưa vào cơ sở dữ liệu của công cụ cấu hình.
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 người 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, người 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 như Siemens, Mitsubishi, Allen Bradley, v.v..., nhưng 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 người sử dụng, tạo nên 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.
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
• Hướng dẫn giới thiệu việc lập cấu hình
Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3
• 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
• 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 như sau:
a. Control Center
• Tìm hiểu WinCC trong Control Center: Giao diện đồ họa cho cấu hình dưới môi trường 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 chương 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 • Lưu trữ và soạn thảo các giá trị đo lường (Tag logging): Soạn thảo các giá trị đo và lưu trữ chúng trong thời gian dài
máy tính, các biến (tags) và các kết nối đã được định hình đều được in ra bằng “Print Job” hay hiển thị trên màn hình
Các kiểu dữ liệu dự án được xuất ra bằng cách phản hồi tài liệu • Máy tính: Tên và kiểu máy tính (Server hay Client)
• Tag management: Tên biến (tag), kiểu dữ liệu, kết nối, kênh • Kết nối: Kết nối với đơn vị và tham số
3.2.3. Soạn thảo (Editor)
Editor dùng soạn thảo và điều khiển một dự án (Projects) hoàn chỉnh. Các bộ soạn thảo trong trung tâm điều khiển (Control Center) bao gồm
• Alarm Logging (báo động): nhận các thông báo từ các quá trình để chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ các thông báo này
• User Adminnistrator (quản lý người dung): Cho phép các nhóm và người sử dụng điều khiển truy nhập
• Tex Library (thư viện văn bản): chứa các văn bản tùy thuộc ngôn ngữ do người dung tạo ra
• Report Designer (báo cáo): Cung cấp hệ thống báo cáo được tích hợp có thể sử dụng để báo cáo dữ liệu, các giá trị, thông báo hiện hành và đã lưu trữ, hệ thống tài liệu của chính người sử dụng
• Global Scripts (viết chương trình): Cho phép tạo các dự án động tùy thuộc vào từng yêu cầu của đặc biệt. Bộ soạn thảo này cho phép tạo các hàm và tạo các thao tác có thể được sử dụng trong một hay nhiều dự án tùy theo kiểu của chúng
• Tag Logging (hiện thị giá trị xử lý): Xữ lý các giá trị đo lường và lưu trữ chúng trong thời gian dài
• Graphics Designer (thiết kế đồ họa): Cung cấp các màn hình hiển thị và kết nối đến các quá trình
Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3
3.2.4. Các thành phần của dự án (Project) trong Control Center
Một dự án bao gồm các thành phần sau: Máy tính, quản lý biến, kiểu dữ liệu và soạn thảo
a. Máy tính
Thành phần máy tính dung quản lý tất cả máy tính có thể truy cập một dự án hiện có. Có thể đặt cấu hình cho mỗi máy tính riêng biệt.
Các thuộc tính của một máy tính : Bao gồm tên máy tính và kiểu máy tính.
• Sever: Máy tính trung tâm để lưu trữ dữ liệu và quản lý toàn cục trong hệ