2.2.3.1. Giới thiệu về WinCC Advanced V15
Hình 2.11 WinCC Advanced V15
WinCC là một trong những chương trình ứng dụng cho mạng HMI, Scada trong lĩnh vực dân dụng cũng như công nghiệp.
WinCC (Windows Control Center) là phần mềm của hãng Siemens dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất. Nói rõ hơn, WinCC là chương trình dùng để thiết kế các giao diện Người và Máy – HMI (Human Machine Interface) trong hệ thống Scada (Supervisory Control And Data Acquisition)
Với chức năng chính là thu thập số liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất. Với WinCC, người dùng có thể trao đổi dữ liệu với PLC của nhiều hãng khác nhau như: Siemens, Mitsubishi, Allen braddly, Omron,.. thông qua cổng COM với chuẩn RS232 của PC và chuẩn RS485 của PLC.
Với WinCC, ta có thể tận dụng nhiều giải pháp khác nhau cho để giải quyết công việc, từ thiết kế cho hệ thống có quy mô nhỏ đến quy mô lớn, hệ thống thực hiện sản xuất – MES (Manufacturing Excution System).
WinCC có thể mô phỏng bằng hình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng chuổi sự kiện. Để đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày càng phát triển, WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng cho mục đích hiển thị, thông báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lường, các tham số công thức,.. và là một trong những chương trình thiết kế giao diện Người và Máy – HMI được tin dùng nhất hiện nay.
2.2.3.2. Chức năng của WINCC
Graphics Designer:
Thực hiện dễ dàng các chức năng mô phỏng và hoạt động qua các đối tượng đồ họa của chương trình WinCC, Windows, I/O,.. và các thuộc tính hoạt động (Dynamic).
Alarm Logging:
Thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các cảnh báo khi hệ thống vận hành. Nhận các thông tin từ các quá trình, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng. Alarm Logging còn giúp ta phát hiện ra nguyên nhân của lỗi.
Tag Logging:
Thu thập, lưu trữ và xuất ra dưới nhiều dạng khác nhau từ các quá trình đang thực thi.
Report Designer:
Tạo ra các thông báo, kết quả. Và các thông báo này được lưu dưới dạng nhật ký sự kiện.
User Achivers:
Cho phép người sử dụng lưu trữ dữ liệu từ chương trình ứng dụng và có khả năng trao đổi với các thiết bị khác. Trong WinCC, các công thức và ứng dụng có thể soạn thảo, lưu trữ và sử dụng trong hệ thống.
Ngoài ra, WinCC còn kết hợp với Visual C++, Visual Basic tạo ra một hệ thống tinh vi và phù hợp cho từng hệ thống tự động hóa chuyên biệt.
WinCC có thể tạo một giao diện Người và Máy – HMI dựa trên sự giao tiếp giữa con người với các thiết bị, hệ thống tự động hóa thông qua hình ảnh, số liệu, sơ đồ,.. Giao diện có thể cho phép người dùng vận hành, theo dõi từ xa và còn có thể cảnh báo, báo động khi có sự cố.
WinCC là chương trình thiết kế giao diện người máy thực sự cần thiết cho các hệ thống tự động hóa cao và hiện đại.
CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
Sau khi tìm hiểu công nghệ của một dây chuyền pha trộn, cách thức hoạt động bộ điều khiển PLC S7-1500 và những vấn đề liên quan. Ở chương 3 này, vấn đề chính là việc trình bày cụ thể quy trình thiết kế chương trình điều khiển và giám sát hoạt động. Như là viết lưu đồ thuật toán và giải thích, lập bảng khai báo biến, kết nối giao tiếp giữa PLC và giao diện giám sát, sau cùng là minh hoạ hoạt động của dây chuyền pha trộn theo tỉ lệ các chất.
3.1. Lưu đồ giải thuật.
3.1.1. Quy trình hoạt động.
Gọi h là chiều cao cần nhập, t là thời gian chất A bơm vào bể trộn và đồng thời là thời gian trộn của bể. Do Nước: chất A: chất B = 3: 1: 1 nên khi đó, thời gian van nước chảy vào bể trộn là 3t, thời gian của chất B là t. Thời gian trộn bằng thời gian chất A bơm vào bể.
Nhập chiều cao và ấn nút START, các chất bắt đầu bơm và cấp nước vào bể trộn theo thời gian nước, chất A, chất B lần lượt là 3t, t, t. Mức chất lỏng trong bể trộn tăng dần. Khi thời gian bơm và cấp nước kết thúc, bể bắt đầu trộn.
Sau khi trộn xong, bơm van xả hoạt động và xả ra các van. Lúc này, hỗn hợp trộn được xả ra ngoài theo tỉ lệ 1:1 = 2,5t: 2,5t. Mức chất lỏng trong bể trộn lúc này giảm dần cho đến khi về 0.
Sau khi xả xong, quá trình kết thúc.
3.1.2. Lưu đồ giải thuật.
•Sau khi nhập chiều cao bể trộn (không quá 99cm), ta ấn nút Start. Khi đó, bơm A, bơm B và van nước hoạt động.
•Sau khi bơm A, bơm B và van nước dừng hoạt động, bể trộn hoạt động.
•Sau khi trộn xong, bơm và van xả 1,2 hoạt động, tiến hành xả hỗn hợp ra bên ngoài.
3.2. Thiết kế chương trình điều khiển
3.2.1. Khai báo tags ngõ vào/ra
STT ĐỊA CHỈ LOGIC TÊN GHI CHÚ
1 %I0.0 START Ngõ vào nút ấn START
2 %I0.1 STOP Ngõ vào nút ấn STOP
3 %I0.2 RESET Ngõ vào nút ấn RESET
4 %I0.3 I_CB MỨC Ngõ vào cảm biến mức
5 %Q0.0 MỞ VAN 1 Ngõ ramở van 1
6 %Q0.1 MỞ VAN 2 Ngõ ramở van 2
7 %Q0.2 RUN BƠM A Ngõ rarun bơm A
8 %Q0.3 RUN BƠM B Ngõ rarun bơm B
9 %Q0.4 BƠM NƯỚC RA Ngõ rabơm nước ra
10 %Q0.5 ĐÈN TRỘN Ngõ rađèn trộn
3.2.3. Các bước thực hiện
Hình 3.3 Thêm PLC 1516 đề điều khiển chương trình
Hình 3.5 Kết nối PLC với WinCC Advanted
Hình 3.7 Dữ liệu trên Data Block
Hình 3.8 Các tag trong PLC tag
Hình 3.10 Tiến hành mô phỏng trên PLC SIM
Hình 3.11 Thiết kế giao diện trên WinCC
Vào mục WinCC ta thêm 1 màn hình để thiết kế. Và sử dụng các hình vẽ bên Toolbox để ghép nối với nhau tạo thành giao diện hoàn chỉnh.
Hình 3.12 Gán tag cho các nút ấn
Hình 3.14 Gán tag cho các bơm
3.3. Thiết kế giao diện giám sát
Hình 3.16 Giao diện giám sát
Hình 3.17 Nhập chiều cao chất lỏng
• Nhập chiều cao của chất lỏng trong thùng, hệ thống sẽ tự tính toán thời gian bơm và cấp nước các chất theo đúng tỉ lệ. Thời gian khuấy bằng thời gian chất A bơm vào bể trộn. Thời gian 2 van xả được tính toán theo tỉ lệ 1:1
• Ví dụ nhập chiều cao của chất lỏng là 20 cm, thì thời gian bơm và cấp Nước: chất A: chất B = 60s: 20s: 20s,thời gian khuấy ở bể trộn là 20s, thời gian xả của
Hình 3.18Các chất được bơm và cấp vào bể trộn
• Ấn nút START, bể chứa nước, chất A, chất B làm việc, bơm và cấp nước vào bể trộn.
• Khi các chất bơm và cấp nước vào bể trộn thì cảm biến mức hoạt động và mức chất lỏng tăng dần
• Sau thời gian quy định, động cơ bơm chất A và chất B dừng hoạt động. Nước tiếp tục quá trình cấp cho đến khi đủ thời gian yêu cầu.
Hình 3.19 Bể trộn hoạt động sau khi các chất đã bơm và cấp nước xong
• Sau khi nước, chất A, chất B hoàn thành quá trình bơm và cấp nước, động cơ trộn bắt đầu hoạt động
Hình 3.20 Bơm và van xả hoạt động sau khi trộn xong
• Hết thời gian trộn, động cơ trộn dừng lại. Bơm van xả hoạt động và xả ra ở 2 van
• Hỗn hợp trộn sẽ được bơm và xả ra ở 2 van theo tỉ lệ 1:1
KẾT LUẬN
Đồ án tốt nghiệp với đề tài “Điều khiển và giám sát dây chuyền pha trộn theo tỉ lệ các chất dùng PLC S7-1500 và TIA V15” đã giúp em có thêm kiến thức về cách phân tích, đặt vấn đề cho một bài toán điều khiển và giám sát dây chuyền. Ngoài ra, giúp em hiểu rõ hơn về kiến thức về lập trình với S7-1500, mô phỏng quá trình hoạt động. Không những thế đề tài còn giúp em hiểu hơn về các kiến thức:
- Các công nghệ pha trộn, cụ thể là công nghệ pha trộn các chất theo tỉ lệ - Các kiến thức về PLC S7-1500 và phần mềm TIA V15
- Cách thức thiết kế trên WinCC, thực hiện mô phỏng và giám sát hệ thống. Để em có thể thực hiện đề tài trong thời gian vừa qua không thể thiếu được sự hướng dẫn nhiệt tình, tỉ mỉ của các thầy cô giáo trong khoa Điện đặc biệt là cô giáo ………... Trong quá trình làm còn nhiều thiếu sót mong các thầy cô chỉ bảo thêm. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. PLC S7-1500 Easy Book Manual (SIEMEN)
[2]. PLC S7-1500 Programmable controller – System Manual (SIEMEN) [3] ThS. Hoàng Đình Khôi, Tài liệu tiếng việt PLC S7-1500
[4]. Trần Văn Hiếu, Tự động hóa PLC S7-1500 với TIA Portal (Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật)
PHỤ LỤC 1. Tổng quan về bộ điều khiển PLC
PLC là viết tắt của Programmable Logic Control là thiết bị điều khiển Logic lập trình hay khả trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình.
Trong lĩnh vực tự động điều khiển, bộ điều khiển PLC là thiết bị có khả năng lập trình được sử dụng rộng rãi. Kỹ thuật PLC được sử dụng từ những năm 60 và được sử dụng chủ yếu để điều khiển và tự động hoá quá trình công nghệ hoặc các quá trình sản xuất trong công nghiệp. Đặc trưng của PLC là sử dụng vi mạch để xử lý thông tin, nó cũng giống như con vi xử lý xong việc lập trình và tốc độ thuận tiện hơn, xử lí nhanh hơn và dễ dàng thay đổi công nghệ, cải tạo dựa trên chương trình và phần mở rộng.
Các nối ghép logic cần thiết trong quá trình điều khiển xử lí bằng phần mềm do người dùng lập nên và cài vào. Cùng với lí do này nên chúng ta giải quyết các bài toán tự động hoá một cách dễ dàng, khác nhau nhưng cùng chung một bộ điều khiển và chỉ thay đổi phần mềm tức là các phương trình khác nhau.
Các ưu thế của PLC trong tự động hoá: - Thời gian lắp đặt công trình ngắn
- Dễ dàng thay đổi nhưng không tốn kém về mặt chính - Có thể tính toán chính xác giá thành
- Cần ít thời gian làm quen
- Do phần mềm linh hoạt nên khi muốn mở rộng và cải tạo công nghệ thì dễ dàng - Ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng
- Dễ bảo trì, các chỉ thị vào ra giúp xử lý sự cố dễ dàng và nhanh hơn - Độ tin cậy cao, chuẩn hoá được phần cứng điều khiển
- Thích ứng với môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động, tiếng ồn.
2. Giới thiệu PLC S7-1500 Tổng quan
• Mô hình nhỏ gọn, có khả năng mở rộng module, tất cả được bảo vệ dưới chuẩn IP20.
• Hiệu suất cao nhất trong toàn bộ hệ thống plc siemens.
• Cấu hình duy nhất trong TIA với STEP 7 Professional V12 trở lên. Hiệu suất
Gia tăng hiệu suất thông qua: • Thực hiện lệnh nhanh hơn • Mở rộng ngôn ngữ
• Các kiểu dữ liệu mới
• Cổng bus truyền dữ liệu nhanh hơn. • Tạo mã tối ưu
Truyền thông mạnh mẽ
• PROFINET IO (công tắc 2 cổng) làm giao tiếp tiêu chuẩn;
• Từ CPU 1515-2 PN, một hoặc nhiều giao tiếp PROFINET được tích hợp bổ sung, vídụ: để tách mạng, kết nối thêm các thiết bị PROFINET hoặc để truyền thông tốc độ cao như một I-Device
• OPC UA Data Access Server làm tùy chọn runtime để kết nối dễ dàng với SIMATIC S7-1500 trong các thiết bị / hệ thống của bên thứ ba.
• Có thể mở rộng với các mô-đun truyền thông cho các hệ thống bus và kết nối điểm - điểm
Công nghệ tích hợp
• Điều khiển chuyển động được tích hợp mà không cần thêm các module bổ sung:
• Các khối chuẩn hóa (PLCopen) cho kết nối tín hiệu tương tự và PROFIdrive • Chức năng điều khiển chuyển động hỗ trợ điều khiển tốc độ, trục định vị, hoạt động đồng bộ tương đối (đồng bộ hóa mà không có đặc tả vị trí đồng bộ), cũng như các bộ mã hoá bên ngoài, cam và đầu dò.
• Các chức năng điều khiển chuyển động mở rộng như hoạt động đồng bộ tuyệt đối (đồng bộ với đặc điểm kỹ thuật của vị trí đồng bộ) và camera cũng được tích hợp trong CPU công nghệ.
• Chức năng dò tìm toàn diện cho tất cả các tags CPU để chẩn đoán theo thời gian thực và phát hiện lỗi lẻ tẻ nhằm vận hành có hiệu quả và tối ưu hóa nhanh chóng của thiết bị lái và điều khiển.
• Các chức năng kiểm soát tối đa.
Ví dụ: Các khối cấu hình dễ dàng để tự động tối ưu hóa các thông số điều khiển nhằm có được chất lượng kiểm soát tối ưu.
• Các chức năng bổ sung thông qua các module công nghệ hiện có:
Ví dụ: tính toán tốc độ cao, chức năng dò tìm vị trí, hay đo lường tín hiệu lên đến 1 MHz.
Tích hợp an toàn:
Bảo vệ người và máy móc - trong khuôn khổ của một hệ thống hoàn chỉnh tổng hợp
• Bộ điều khiển Failsafe SIMATIC S7-1500 (T) Failsafe để xử lý các chương trình theo các tiêu chuẩn an toàn.
An ninh tích hợp:
• Bảo vệ dữ liệu bằng cách tạo mật khẩu nhằm chống lại việc tự ý đọc và sửa đổi các khối chương trình.
• Bảo vệ sao chép để chống lại việc sao chép trái phép các khối chương trình Với chức năng bảo vệ bản sao, các khối riêng biệt trên thẻ nhớ SIMATIC có thể được gắn với số sê -ri của nó để khối chỉ có thể chạy khi đã lắp thẻ nhớ được cấu hình vào CPU.
• Khái niệm quyền với bốn mức uỷ quyền khác nhau
• Các quyền truy cập khác nhau có thể được gán cho các nhóm người sử dụng khác nhau. Mức bảo vệ cấp độ 4 làm cho nó có thể hạn chế giao tiếp với các thiết bị HMI.
• Bảo vệ thao tác cải tiến:
Việc chuyển đổi dữ liệu kỹ thuật được thay đổi hoặc trái phép được phát hiện bởi bộ điều khiển.
• Bảo vệ để sử dụng Ethernet CP (CP 1543-1): • Bảo vệ truy cập bổ sung bằng tường lửa • Thiết lập kết nối VPN an toàn.
Thiết kế Bộ điều khiển:
Thiết kế đơn giản làm cho SIMATIC S7-1500 trở nên linh hoạt và thân thiện với môi trường.
• Cổng kết nối được tích hợp ở các mặt bên. Nhờ vậy các module có thể lắp vào CPU một cách dễ dàng, vừa tiết kiệm không gian vừa tiết kiệm thời gian lắp đặt và mang lại vẻ mỹ quan cho hệ thống.
• Các CPU và module s7_1500 được lắp trên đường rail riêng của nó với các độ dài khác nhau. Một loạt các thành phần tiêu chuẩn như thiết bị đầu cuối bổ sung, thiết bị ngắt mạch nhỏ hoặc các rơ le nhỏ có thể bị hỏng nếu đường ray DIN không thích hợp.
• Đường dây tin cậy và thân thiện:
• Các tín hiệu I / O được kết nối nhờ front connertor 40 chân. Việc mã hoá cơ học giữa mô đun tín hiệu và đầu nối front connector giúp ngăn cản sự phá hủy thiết bị do vô tình chèn sai.
• Việc kết nối dây cho front connector thì đơn giản, dễ dàng thay đổi vị trí.
• Các front connectors có sẵn các phiên bản với các đầu nối kiểu vít hoặc các đầu nối đẩy. Cả hai phiên bản đều cho phép kết nối dây có mặt cắt ngang cốt từ 0.25 mm2 đến 1.5 mm2 (AWG 24 đến AWG 16).
• Ngoài ra, hệ thống dây thông qua TOP Connect cũng có sẵn cho các mô-đun tín hiệu số. Nó cho phép kết nối nhanh chóng và rõ ràng với cảm biến và thiết bị truyền