2.5.1 Tìm hiểu chung về cấu trúc và tổ chức chương trình của PLC s7-300
Chương trình trong PLC S7-300 có các khối chính sau : OB ,FB ,FC, SFB, SFC. Khối OB :Là khối giao tiếp CPU và chương trình trong đó là khối OB1 là khối chương trình được gọi theo chu kì quét. Chương trình có thể bao gồm nhiều khối lôgic khác nhau và có thể gọi từ OB1.
Khối FB: Là khối lôgic kết hợp với vùng nhớ. Khối FB đòi hỏi với vùng nhớ dữ liệu instance. Các tham số chuyển tới cho FB ( là tham số cố định ) được chứa trong instancedata còn các tham số khác được chứa trên L-Stack. Dữ liệu instance sẽ được lưu giữ (không mất đi ), khi FB kết thúc hoạt động trong khi dữ liệu trên L- Stack sẽ không được lưu lại.
Khối SFB: Là khối hàm được tích hợp (được lập trình sẵn do nhà sản xuất ) trong CPU S7 ta có thể gọi các khối SFB trong các chương trình .Do SFB là một phần của hệ điều hành nên không cần nạp từ chương trình sử dụng .Tương tự như khối FB ,SFB cũng cần instance DB nên người lập trình cần thiết phải tạo khối instance DB và nạp vào CPU từ chương trình người sử dụng .
Khối FC: là khối logic không kết hợp với vùng nhớ, khối FC không yêu cầu dùng instance DB. Các biến cục bộ của FC lưu trữ trên L-Stack , do đó các dữ liệu này bị mất đi khi FC kết thúc hoạt động .
Khối SFC: Là khối chương trình được lập trình sẵn qua kiểm nghiệm của hãng sản xuất và được tích hợp trong CPU S7. Giống như SFB, SFC cũng là một phần hệ điều hành nên có thể gọi trong chương trình sử dụng mà không cần nạp lại.
Một số khối và các sự kiện gọi khối .
OB1: Là khối gọi theo chu kỳ quét của CPU, OB1 có mức ưu tiên thấp nhất trong các khối OB khác đều có thể ngắt OB1 để xử lý. Hệ thống gọi OB1 theo hai cách sau :
- Khi OB100 vừa hoàn thành việc khởi động - OB1 của chu kì trước vừa kết thúc.
Lê Văn Nguyên – CB120361
73
Ngắt thời gian trễ OB20: Được khởi động sau thời gian trễ được lập trình. OB20 được chạy khi SFC 32 download, OB20 xuống CPU và chỉ chạy khi CPU ở chế độ Run.
Ngắt chu kì OB35. Ngắt khối theo chu kỳ thời gian cho phép từ 1ms đến 1 phút Ngắt cứng OB40. Cho phép chương trình điều kiển đáp ứng với tín hiệu từ các modul khác nhau .Khi OB40 chạy thì hệ thống sẽ nhận ra các yêu cầu ngắt cứng khác.
Khối khởi tạo OB100. Hệ điều hành sẽ gọi OB100 khi CPU chuyển từ Stop sang Run do đó có thể lập trình để vào các số liệu khởi tạo ban đầu cho CPU.
Các ngắt xử lí lỗi.Từ OB80 đến OB87 cho các lỗi không đồng bộ từ OB121 đến OB122 cho các lỗi đồng bộ. Sau đây là một số khối này:
- OB80 : Step 7 qui định thời gian cực đại cho chu kỳ quét khối OB1 là 150ms Nừu vượt qua thời gian này thì hệ thống gọi OB80 ,trường hợp Ob80 chưa được lập trình thì CPU chuyển sang chế độ Stop.
- OB81 : Khối OB81 sẽ được gọi khi CPU S7 xác định được lỗi liên quan đến nguồn cấp .
- OB82 : CPU S7 sẽ gọi OB82 khi phát hiện lỗi liên quan đến modul vào /ra , như chập đầu vào, đứt dây..
- OB121 : Hệ điều hành của CPU S7 sẽ gọi OB121 khi phát hiện lỗi liên quan đến thực hiện chương trình. Khi gọi OB121 mà chưa được lập trình thì CPU sẽ chuyển sang chế độ Stop.
- OB122 : Khối này được gọi khi có sự kiện liên quan đến việc truy cập tới modul . Khi gọi OB122 mà chưa được lập trình thì CPU sẽ chuyển sang chế độ Stop.
Lê Văn Nguyên – CB120361
74
2.5.2Xây dựng chương trình cho PLC01 điều khiển băng tải khu vực check in
và băng tải vận chuyển hành lý.
2.5.2.1 Xây dựng cấu trúc chương trình cho PLC01
Với hệ thống gồm nhiều băng tải và nhiều khu vực khác nhau do đó ta sử dụng khối chương chình con FC để điều khiển cho 1 băng tải hay 1 khu vực nhỏ. Khối OB1 là khối chương trình chính. Khối OB1 sẽ gọi lần lượt các khối chương trình con FC. Như vậy với 6 quầy check in ta sẽ có 6 khối FC, 13 băng tải tại phòng kiểm tra thêm và khu vực vận chuyển hành lý ta có thêm 13 khối FC. Ngoài ra còn có thêm một khối chương trình con điều khiển dừng khẩn cấp và tạo cảnh báo khi hệ thống có lỗi. Như vậy ta có bảng danh sách các chương trình con và chương trình chính như sau:
Bảng 2.12 Danh sách các chương trình chính và chương trình con PLC01
STT TÊN CHƯƠNG
TRÌNH
TÊN
KHỐI NHIỆM VỤ
1 Chương trình chính OB1 Gọi các chương trình con
2 Check in 1 FC1 Điều khiển quầy check in 1
3 Check in 2 FC2 Điều khiển quầy check in 2
4 Check in 3 FC3 Điều khiển quầy check in 3
5 Check in 4 FC4 Điều khiển quầy check in 4
6 Check in 5 FC5 Điều khiển quầy check in 5
7 Check in 6 FC6 Điều khiển quầy check in 6
8 BT thu gom HL FC7 Điều khiển băng tải thu gom hành
lý
9 BT4 FC8 Điều khiển Băng tải 4
10 BT5 FC9 Điều khiển Băng tải 5
11 BT6 FC10 Điều khiển Băng tải 6
12 BT7 FC11 Điều khiển Băng tải 7
Lê Văn Nguyên – CB120361
75
14 BT9 FC13 Điều khiển Băng tải 9
15 BT10 FC14 Điều khiển Băng tải 10
16 BT11 FC15 Điều khiển Băng tải 11
17 BT12 FC16 Điều khiển Băng tải 12
18 BT13 FC17 Điều khiển Băng tải 13
19 BT14 FC18 Điều khiển Băng tải 14
20 BT15 FC19 Điều khiển Băng tải 15
21 BT16 FC20 Điều khiển Băng tải 16
22 ALARM FC21 Tạo cảnh báo khi hệ thống lỗi
23 E-stop FC22 Dừng khẩn cấp
2.5.2.2 Lập trình trên phần mềm STEP7 V13.
Từ phân tích trên ta có cấu trúc chương trình trên phần mềm Step 7 V13 như sau.
Lê Văn Nguyên – CB120361
76
2.5.3Xây dựng chương trình cho PLC điều khiển khu vực phân loại hành lý
2.5.3.1 Xây dựng cấu trúc chương trình PLC khu vực phân loại hành lý
Với hệ thống gồm nhiều băng tải ở nhiều khu vực khác nhau và yêu cầu công nghệ với nhiều bài toán nhỏ. Do đó ta sử dụng khối chương chình con FC để điều khiển cho 1 băng tải hay 1 bài toán nhỏ. Khối OB1 là khối chương trình chính. Khối OB1 sẽ gọi lần lượt các khối chương trình con FC. Với mỗi băng tải ta sử dụng 1 khối FC để điều khiển và mỗi một bài toán ta sử dụng 1 hay nhiều FC để giải quyết. từ yêu cầu công nghệ như trên ta có danh sách các chương trình con như sau.
Bảng 2.13 Danh sách chương trình PLC điều khiển hệ thống phân loại
STT TÊN CHƯƠNG
TRÌNH TÊN KHỐI NHIỆM VỤ
1 Chương trình chính OB1 Gọi các chương trình con
2 BT1 FC1 Điều khiển băng tải 1
3 BT2 FC2 Điều khiển băng tải 2
4 BT3 FC3 Điều khiển băng tải 3
5 BT4 FC4 Điều khiển băng tải 4
6 BT5 FC5 Điều khiển băng tải 5
7 BT6 FC6 Điều khiển băng tải 6
8 CHUTE 1 FC7 Điều khiển băng tải chute 1
9 CHUTE 2 FC8 điều khiển băng tải chute 2
10 CHUTE 3 FC9 Điều khiển băng tải chute 3
11 CHUTE 4 FC10 Điều khiển băng tải chute 4
12 CHUTE 5 FC11 Điều khiển băng tải chute 5
13 CHUTE 6 FC12 Điều khiển băng tải chute 6
14 KIỂM TRA NGUỒN
ĐIỆN FC13 KIỂM TRA NGUỒN ĐIỆN
Lê Văn Nguyên – CB120361
77
16 CHUYỂN MB100
VÀOMB101 FC15
Chuyển dữ liệu từ máy tính vào vùng nhớ vị trí số 1 17 START/STOP LINEAR MOTOR FC16 khởi động và dừng động cơ tuyến tính 18 CHUYỂN MB135 VÀO MB101 FC17 chuyển dữ liệu từ vùng nhớ vị trí khay 35 sang 1 19 ĐIỀU KHIỂN LẬT
KHAY FC18 Dđiều khiển lật khay
20 PHÂN LOẠI HÀNH
LÝ FC19 Phân loại hành lý
2.5.3.2 Lập trình hệ thống phân loại trên phần mềm STEP7 V13
Từ phân tích trên ta có cấu trúc chương trình trên phần mềm Step 7 V13 như sau.
Hình 2.51 Cấu trúc chương trình PLC điều khiển hệ thống phân loại trên STEP7 V13
Lê Văn Nguyên – CB120361
78
2.6 THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀUKHIỂN GIÁM SÁT CHO HỆ THỐNG
2.6.1Tìm hiểu về phần mềm WinCC v13
Phần mềm Wincc V13 được tích hợp trong gói phần mềm Tia portal V13 được hãng Siemens phát hành vào đầu năm 2014
Hình 2.52 Các phần mềm được Siemens tích hợp trong gói phần mềm Tiaportal V13
Phần mềm TIA portal V13 tích hợp nhiều ứng dụng quan trọng của hãng Siemens. Như STEP7 , WinCC, PLCSIM, Simantic RF manager, wincc Flixable
Lê Văn Nguyên – CB120361
79
Hình 2.53 Giao diện cấu hình phần cứng trong bản Tia portal V13
Hình 2.53 cho thấy phần mềm Tial portal có giao diện thiết kế trực quan đễ hiểu, hình ảnh thiết bị giống với thiết bị thực.
Lê Văn Nguyên – CB120361
80
Hình 2.55 Giao diện thiết kế màn hình giám sát trong WINCC V13.
2.6.2Thiết kế giao diện điều khiển giám sát cho màn hình HMI tại tủ điều
khiển PLC01.
Như đã chọn thiết bị ở phần trước, màn hình điều khiển tại tủ PLC01 đó là màn hình KTP700 của Siemens.
Thiết kế màn hình với giao diện như sau:
Lê Văn Nguyên – CB120361
81
Màn hình này có nhiệm vụ thông báo sự cố cho người vận hành biết sự cố ở khu vực nào và khắc phục sự cố. đồng thời ghi lại sự kiện.
Bảng 2.14 Alarm PLC01
ID Alarm text [en-US], Alarm text Class Trigger bit
1 Bộ khởi động băng tải thu gom
hành lý lỗi Errors DB1.DBX1.1
3 Bộ khởi động băng tải 5 lỗi Errors DB1.DBX1.3
4 Bộ khởi động băng tải 4 lỗi Errors DB1.DBX1.2
5 Bộ khởi động băng tải 6 lỗi Errors DB1.DBX1.4
6 Bộ khởi động băng tải 7 lỗi Errors DB1.DBX1.5
7 Bộ khởi động băng tải 8 lỗi Errors DB1.DBX1.6
8 Bộ khởi động băng tải 9 lỗi Errors DB1.DBX1.7
9 Bộ khởi động băng tải 10 lỗi Errors DB1.DBX2.0
10 Bộ khởi động băng tải 11 lỗi Errors DB1.DBX2.1
11 Bộ khởi động băng tải 12 lỗi Errors DB1.DBX2.2
12 Bộ khởi động băng tải 13 lỗi Errors DB1.DBX2.3
13 Bộ khởi động băng tải 14 lỗi Errors DB1.DBX2.4
14 Bộ khởi động băng tải 15 lỗi Errors DB1.DBX2.5
15 Bộ khởi động băng tải 16 lỗi Errors DB1.DBX2.6
17 E-Stop at check in ch1 Errors DB1.DBX3.0
18 E-Stop at check in ch2 Errors DB1.DBX3.1
19 E-Stop at check in ch3 Errors DB1.DBX3.2
20 E-Stop at check in ch4 Errors DB1.DBX3.3
21 E-Stop at check in ch5 Errors DB1.DBX3.4
22 E-Stop at check in ch6 Errors DB1.DBX3.5
23 E-stop at safty room Errors DB1.DBX3.6
Lê Văn Nguyên – CB120361
82
2.6.3Thiết kế giao diện điều khiển giám sát cho màn hình HMI tại tủ điều
khiển khu vực phân loại
Như đã chọn thiết bị ở phần trước, màn hình điều khiển tại tủ PLC01 đó là màn hình TP900 của Siemens.
Thiết kế màn hình với giao diện như hình 2.57 sau với nhiệm vụ thông báo sự cố cho người vận hành biết và khác phục sự cố. đồng thời ghi lại sự kiện
Hình 2.57 Giao diện màn hình HMI tủ điều khiển khu vực phân loại
Lê Văn Nguyên – CB120361
83
Hình 2.58 liệt kê 1 số lỗi có thể gặp khi vận hành. Khi có lỗi các lỗi trên sẽ được thông báo lên màn hình HMI. Qua đó người vận hành có thể biết lỗi ở vị trí nào và khắc phục.
2.6.4 Xây dựng giao diện điều khiển và giám sát toàn hệ thống trên WINCC
Hệ thống băng tải xử lý hành lý được xây dựng trên 1 diện tích rộng. Để có thể hiển thị hết hệ thống trên một màn hình thì ta cần một màn hình lớn. với màn hình của một máy tính thông thường khó có thể hiện thị hết toàn bộ hệ thống. Do vậy ta sử dụng 2 màn hình wincc để giám sát hệ thống. Màn hình số 1 sẽ sử dụng để điều khiển giám sát hệ thống check in, phòng kiểm tra hành lý và băng tải vận chuyển hành lý. Màn hình số 2 sử dụng để điều khiển giám sát hệ thống phân loại hành lý.
Một điều cần chú ý trước khi thiết kế giao diện giám sát trên wincc đó là cần thiết lập cài đặt cho màn hình wincc có độ phân giải và kích thước bằng với kích thước màn hình sẽ hiển thị màn hình wincc đó.
Hình 2.59 Giao diện thiết lập cài đặt màn hình giám sát trên WINCC.
Hình 2.59 thể hiện giao diện thiết lập kích thước màn hình giám sát trên WINCC V13.
Lê Văn Nguyên – CB120361
84
Ta sử dụng các khối có sẵn trong thư viện của phần mềm WinCC V13 để thiết kế giao diện. Yêu cầu quan trong đó là giao diện giám sát phải giống với mặt bằng bố trí băng tải. Điều này sẽ giúp người vận hành và giám sát sẽ dễ dàng giám sát hệ thống.
Trên giao diện điều khiển giám sát ta sẽ thể hiện các cảm biến, Băng tải, máy X-ray, các tín hiệu nguồn điện, nút Reset và bảng cảnh báo “ Alarm”.
Quy ước: Cảm biến quang không bị che thì có màu xanh, bị che thì màu xám
+Băng tải đang chạy thì có màu xanh lục, băng tải dừng thì màu xám
+Đèn nguồn : khi có nguồn thì màu xanh lục sáng, khi mất nguồn thì màu tối
+Các nút E-Stop khi hệ thống chạy bình thường thì không hiển thị nút E-stop. Khi có ai đó ấn E-Stop thì nút tín hiệu E-top sẽ nhấp nháy trên màn hình.
+Cảm biến tiệm cận khi có kim loại ở gần thì màu cam, không có kim loại ở
gần thì màu xám.
+Các khay nghiêng khi có hành lý thì màu xanh, không có hành lý thì màu xám.
+Các thiết bị truyền tín hiệu lật khay T1 đến T6 khi tác động thì màu xanh,
không tác động thì màu xám.
Lê Văn Nguyên – CB120361
85
Lê Văn Nguyên – CB120361
86
Lê Văn Nguyên – CB120361
87
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 MÔ PHỎNG TRÊN PLCSIM
Do chương trình PLC gồm nhiều chương trình con, khối lượng đầu vào đầu ra lớn nên trong phần này ta chỉ mô phỏng một số đoạn chương trình chính.
Sử dụng phần mềm PLCSIM kết hợp với win cc để mô phỏng hệ thống để mô phỏng hệ thống.
Điều kiện ban đầu để hệ thống chạy đó là các cảm biến không bị che, hệ thống nguồn được bật, các bộ khởi động động cơ không bị lỗi.
Trên PLCSIM ta sẽ tích vào các đầu vào cảm biến và chế độ auto của bộ khởi động động cơ (LMS AUTO=1).
Trước khi mô phỏng ta đổ chương trình sang PLCSIM và chọn chế độ online trong Tia Potal
Hình 3.1: Giao diện PLCSIM khi mô phỏng.
Để thể hệ các cảm biến không bị che ta tích vào các bít input tương ứng với địa chỉ của các cảm biến.
3.1.1 Mô phỏng chương trình con check in
Ta kiểm tra chương trình cho chương trình con điều khiển check in như sau:
Các cảm biến băng tải 1 và 2 phải đang có giá trị là 1 (i0.2=1; i0.3=1; i1.0=1;i1.1=1). Chuyển ch1 key on =1 (i0.0 =1)
Lê Văn Nguyên – CB120361
88
Hình 3.2: Kết quả khi ấn nút gắn nhãn I0.1=1
Khi kích hoạt nút gắn nhãn. I0.1=1 băng tải 1 chạy thuận Q0.0=1,
Hình 3.3: Kết quả khi hành lý cắt ngang cảm biến 2 băng tải 1 (i0.3 =0)
Lê Văn Nguyên – CB120361
89
Hình 3.4: Kết quả khi ấn nút chuyển hành lý I1.2=1