4 Giới hạn nghiên cứu
2.2.5. Thiết bị điều khiển quá trình giám sát khí hậu PLC
PLC – Programmable Logic Controller được gọi là điều khiển logic có khả năng lập trình. Ra đời vào năm 1969, nhằm thay thế hệ thống rơ le và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển.
Cuối những năm 1970, PLC đã được sử dụng nhiều hơn trong các hệ thống tự động hóa và xem như một bộ RTU cho hệ thống SCADA. Cho tới hiện nay, PLC vẫn được coi trọng như một giải pháp phần cứng tiêu chuẩn
Hình 3.4. Chọn card giao tiếp giữa máy tính PC với PLC
Tại tab Catalog chọn Communication modules => Profinet/ethernet => IE general
3.3. Cấu hình chung của simatic HMI
Trong giao diện thiết kế Simatic HMI cho tất cả các phiên bản của WinCC Basic đến Professional đều bao gồm các thành phần giống nhau và chỉ khác nhau về mức độ hỗ trợ người dùng trong quá trình thiết kế, các công cụ tùy chọn ứng dụng
▪ Device configuration: Hỗ trợ người lựa chọn hay thay đổi phần cứng thiết bị qua giao diện Device view, cấu hình và kết nối qua mạng Network view...
▪ Runtime settings: Thực hiện cài đặt các trang bị khởi đầu, thanh công cụ, các dịch vụ, phím tắt, cài đặt chung cho các cảnh báo, ngôn ngữ hay font chữ , truy cập web hay các chức năng về dự phòng scada với Redundancy...
▪ Screens: Giao diện hiển thị sẽ được thiết kế trong các trang tính màn hình và số lượng màn hình tùy thuộc vào gói phần mềm tương thích.
▪ Screen management: Hỗ trợ các template, các bảng layout định sẵn, hỗ trợ thiết kế các thanh công cụ menu và toolbar giúp cho quá trình thiết kế thuận tiện hơn.
▪ HMI tags: Chứa các tag nội (internal) và cacs tag ngoại (external)
▪ Connections: Chưa những kết nối giữa Simatic HMI và các bộ điều khiển PLC s7 hoặc các thiết bị khác.
▪ HMI alarms: Chứa các thông tin cảnh báo về các tín hiệu rời rạc, analog, cảnh báo từ PLC, từ người sử dụng hay hệ thống...
▪ Recipes: Chưa các công thức và thành phần công thức
▪ Historical data: Liên quan tới việc lưu trữ dữ liệu của các tag.
▪ Scripts: Thực hiện các đoạn mã chương trình với VB Scripts hay C Scripts.
▪ Scheduled tasks: Thực hiện các tác vụ theo kế hoạch định sẵn của người dùng.
▪ Cycles: Chu kỳ quét và lấy dữ liệu của tag về màn hình HMI hay SCADA.
▪ Reports: Thực hiện các tác vụ dạng in ấn và định dạng trang in, xuất các định dạng tệp tin PDF hay các máy in (Printer).
▪ Text and graphic list: hỗ trợ các danh sách chữ và hình ảnh theo yêu cầu cũng như mong muốn người dùng.
▪ User administration: Cấu hình và phân quyền hạn cho người sử dụng khi thực hiện các thao tác trên màn hình HMI hay SCADA
3.4. Nạp chương trình
Cài đặt giao diện để nạp chương trình xuống PLC
Chọn kết nối PLC với máy tính: Control Panel => Set PG/PC Interface.
Hình 3.5. Cài đặt kết nối PLC với máy tính
Hình 3.6. Chọn kết nối
Chọn “download to device” => Chọn kết nối của PLC, rồi ấn Start search.
Hình 3.7. Chọn kết nối
Hình 3.8. Kết nối PLC thành công
Hình 3.9. Chọn load để tiếp tục
Hình 3.10. Kết thúc quá trình
3.5. Cài đặt cấu hình cho dự án
Sau khi tạo xong một dự án mới ấn chọn Add new device. Tại mục 1 ta cấu hình phần cứng bằng các bước sau:
Controllers => SIMATIC S7-1200 => CPU 1212C AC/DC/RLY =>6ES7214-1BG40-0XB0 => Ấn ok để hoàn tất việc chọn phần cứng.
Hình 3.11. Lựa chọn phần cứng CPU
Sau khi chọn xong phần cứng màn hình sẽ hiển thị giao diện PLC như hình dưới đây.
Hình 3.12. Giao diện PLC
Tại ảnh trên mục catalog ta chọn communications board (1) => point to point => CB1214 (RS485) rồi kéo thả vào PLC vị trí mũi tên số 2 chỉ.
Tiếp tới ta cấu hình cho board CB1214 RS485 để thực hiện chức năng truyền thông RS485
Hình 3.13. Cấu hình cho Board CB1241
Tại vị trí mũi tên số 1 nháy đúp vào board CB1241 hoặc nhấn chuột phải chọn mục properties, tại vị trí mũi tên số 2 nháy chọn IO Link khi đấy bảng cài đặt thông số xuất hiện. Tại vị trí mũi tên số 3 ta cài các thông số sau:
+ Baud rate ta chọn 9,6 kbps
+ Parity ta chọn No parity
+ Data bit ta chọn bằng 8
+ Stop bit ta chọn bằng 1
Hình 3.14. Cấu hình cho PLC
1: Chọn vào plc click vào Properties 2: Ấn chọn mục General
3: Chọn System and clock memory
4: Tích vào mục Enable the use of system memory
❖ Lấy module mở rộng analog SM1231 AI4 như sau. 1: Mở chọn tab Harwd catalog
2: Mở mục Catalog
3: Tại mục AI chọn AI 4x13BIT chọn mã của module là 6ES7 231 - 4HD322-0XB0. Thông tin tên module được hiển thị ở mục information (4)
Hình 3.15. Tạo thêm module mở rộng Analog SM1231 AI4
Hình 3.16. Thông tin module
Các thông số của module SM 1231 AI4
Tại vị trí khoanh đậm số 1 thông tin thể hiện module SM1231có 4 kênh đầu vào tín hiệu analog là channel 0, channel 1, chennel 2 và chennel 3.
Tại vị trí khoanh đậm số 2 thể hiện về :
Channel address : địa chỉ vùng nhớ tại IW96 đối với channel 0 Measurement type : kiểu đo dạng điện áp/dòng diện
Voltage range : dải đo từ -/+10 ,+/-2,5 và +/-5V đối với kiểu đo điện áp và 0-20mA hay 4-20mA với kiểu đo cường độ dòng điện I
Người lập trình có thể thay đổi kiểu đo dòng điện hay điện áp tùy vào tiến hiệu cảm biến trả về là I hay U.
Do các tín hiệu vào/ra Digital là nhiều hơn số chân kết nối của plc s7 1200 1212C AC/DC/Rly nên việc cần thêm module xử lý tín hiệu Digital là tất yếu.
Để phù hợp với bài toán ta sử dụng module SM1223 có mã 6ES7 223- BL32-0XB0.
Hình 3.17. Cấu hình thêm module mở rộng SM 1223 DI16/DQ16x24VDC
Cách lấy module SM1223 tương tự như cách lấy module AI4
Tại vị trí 2 ta có thể thấy thông tin của module SM1223 DI 16/DQ16x24VDC như số hiệu, số cổng kết nối đầu vào DI là 16, đầu ra DQ 16 và mức điện áp điều khiển là 24VDC. Thế hệ module thứ 2
Tại vị trí số 3 chọn I/O addresses ta thấy được địa chỉ vùng nhớ của DI bắt đầu từ I12.0 tới I13.7 và của DQ từ Q12.0 tới Q13.7 tại vùng khoanh đậm số 4 hình 3.11.
3.5.1. Tạo kết nối truyền thông PLC với Connections
Thực hiện kết nối truyền thông giao tiếp giữa WinCC RT với PLC ta chọn Network view => Connections => HMI connection => thực hiện thao tác kéo thả truyền thông giữa PLC và WinCC RT Professional.
3.6. Lập trình PLC và thiết kế giao diện SCADA
3.6.1. Xây dựng lưu đồ thuật toán
sai
sai sai độ ẩm= X nhiệt độ=Y
đúng đúng sai time=T Đ S Đ Sai đúng S Bắt đầu
Bơm tưới Bơm PS
6<h<7 X<60 Bật bơm tưới X<=60 % Y>30 T=30m Bật Bơm phun sương Tắt bơm Mái che Lux<50 Mở mái che Lux>105 Or T>30 Quạt Y>30 Or X>85 Bật quạt Đèn
3.6.2. Lập trình trên TIA Portal
Tạo giao diện lập trình trong TIA Portal
Tại bảng Devices chọn PLC_1 => program block => Add new block. Màn hình lập trình cho xuất hiện như bên phải, ta tiến hành lập trình như thường
Hình 3.19. Lập trình plc trong TIA Portal
Trong đề tài này ta sử dụng ngôn ngữ lập trình LAD Lập trình Main OB1
▪ Khai báo cho module CB1241
Hình 3.20. Khối MB_COM_LOAD_DB
- REQ : Khai báo yêu cầu
- PORT: Khai báo địa chỉ CB 1241 RS 485 - BAUD: Tốc độ truyền (ở đây là 9600 kbps) - PARTY: Bit kiểm tra chẵn lẻ (ở đây là 0)
+ Khai báo khối MB_MASTER_DB
Hình 3.21. Khai báo khối MB_MASTER
REQ: Yêu cầu (ở đây là xung cứ 0.5Hz quét một lần) MB_ADDR: Địa chỉ ID của thiết bị cần kết nối
MODE: 0 nếu ta đọc dữ liệu về PLC và 1 nếu ghi dữ liệu từ plc xuống thiết bị
DATA_ADDR : Địa chỉ bắt đầu đọc dữ liệu (địa chỉ 40001) DATA_LEN: Độ dài địa chỉ cần đọc (bằng 5 từ thanh ghi 40001)
Để tạo hàm thời gian thực ta thực hiện: Program block\ Add new block addnew đặt tên real time sau đó tại Data type chọn DTL để hoàn thành việc tạo block cho hàm thời gian thực
Hàm RD_LOC_T được sử dụng để đọc thời gian thực từ đồng hồ của CPU và xuất dữ liệu thời gian này ở đầu ra OUT.
Hình 3.22. Khởi động hệ thống và hàm thời gian thực.
Hình 2.24. Điều khiển bơm bồn và kiểm tra lỗi chương trình
Sau khi hoàn tất chương trình ta kiểm tra và phát hiện lỗi nếu có bằng cách
Chọn lệnh Compile
Chương trình sẽ được kiểm tra lỗi và thông báo ở phía như trong ảnh thì chương trình biên dịch không xuất hiện lỗi
3.6.3. Tạo bảng dữ liệu giao tiếp giữa PLC với HMI tag
Dữ liệu quá trình của hệ thống tự động hóa hay đơn giản là các vùng nhớ của PLC được liên kết với hệ thống HMI/SCADA thông qua các tag và được gọi là tag ngoại – external tag.
WinCC làm việc với 2 kiểu tag: đó là tag ngoại như đã nêu ở trên và tag nội - internal tag và các tag này không liên kết dữ liệu quá trình với hệ thống tự động hóa mà chỉ chạy nội bộ trong WinCC. Tag chỉ có giá trị khi WinCC chạy runtime.
Tạo bảng External tag : HMI tag\ Add new tag table\ đổi tên bảng thành tag ngoại
Tại bảng tag ngoại phần name là tên tag trên HMI/SCADA và PLC name là tag liên kết tương ứng tag ngoại trong PLC.
Hình 3.25. Tag Ngoại
3.6.4. Khởi tạo 1 Screen mới
Tại PC_system chọn HMI_RT_1 =>Screen => Add new screen để khởi tạo một màn hình giao diện mới
Hình 3.26. Tạo một màn hình mới
Ở mục này để đáp ứng nhu cầu đề tai ta tạo 3 Screen và đổi tên lần lượt như hình 3.19.
3.6.5. Cấu hình thuộc tính cho Screen
Để cài đặt thuộc tính cho từng Screen ta chọn screen cần cài đặt => properties khi này hộp thoại properties xuất hiện.
a) General: màu nền, tên màn hình- tại đây ta thay đổi màu nền cho Screen phù hợp và đặt tên cho màn hình
Hình 3.28. Thay đổi màu nên cho Screen
b) Kích thước Properties => layout => Size
c) Cấp độ truy cập: Properties / Security / Authorization
Hình 3.30. Cài đặt cấp độ truy cập
Kết quả sau cài đặt cấu hình cho screen
Chu kì quét: Properties / Miscellaneous/ Screen cycle.
Hình 3.32. Cài đặt chu kỳ quét
3.7. Thiết kế giao diện Screen với Toolbox
Trong WinCC người thiết kế khởi tạo các trang màn hình Screen để người vận hành có thể điều khiển và giám sát hệ thống toàn nhà kính. Khi người thiết kế tạo Screen, các đối tượng template, toolbox... sẽ hỗ trợ người thiết kế giao diện các quá trình...
Hình 3.33. Thiết kế giao diện với Toolbox
Các mục trong basic object, elements hay controls sẽ được đưa ra màn hình giao diện bằng cách click chọn và click để đặt tại vị trí mong muốn trên màn hình giao diện.
3.7.1.Thiết kế giao diện với Basic objects
Basic objects bao gồm các đối tượng như
+ Line: vẽ đường thẳng.
+ polyline: vẽ đường với nhiều nét.
+ Ellipsis: vẽ đường elip và có thuộc tính như polygon.
+ Ellipse segment: vẽ cung elip có thuộc tính như polygon.
+ Circle segment: vẽ cung tròn có thuộc tính như polygon.
+ Ellipse arc: vẽ cung elip.
+ Circular arc: vẽ cung tròn.
+ Circle vẽ đường tròn và thuộc tính như polygon.
+ Rectangle: vẽ hình chữ nhật.
+ Connector: kết nối các đối tượng bằng đường thẳng.
+ Text field: một hay nhiều dòng chữ. Font và định dạng có thể hiệu chỉnh.
+ Graphic view: chọn đối tượng từ bên ngoài hoặc đối tượng OLE. Định dạng được sử dụng như *.emf, *.wmf, *.dib, *.jpg…
+ Pipe : vẽ đường ống liên tục
+ Double T-piece: vẽ đường ông với 3 ngã rẽ trong hệ thống.
+ T piece: vẽ đường ống kết nối hình chữ T.
Hình 3.34. Thiết kế giao diện với basic object
3.7.2. Thiết kế giao diện với Elements
Trong elements bao gồm các thành phần điều khiển cơ bản như I/O field, nút nhấn, đồng hồ gauge …
▪ Thiết kế giao diện với I/O field
Đối tượng I/O field được sử dụng để hiển thị hoặc ghi giá trị của 1 tag dưới dạng số, thời gian, chuỗi kí tự…
Hình 3.35. Khởi tạo và cấu hình cho I/O field
Để khởi tạo và cấu hình cho đối tượng I/O field ta thực hiện các bước sau:
Bước 1: Kéo đối tượng từ mục elements đưa ra màn hình screen.
Bước 2: Tại properties chọn general tại đây ta thực hiện gắn tag quá trình ở mục process tag. Tại Type chọn chế độ nhập dữ liệu input/output.
Bước 4: Chọn kích thước và định dạng font chữ tại Text format.
3.8. Lưu trữ dữ liệu với Historical data
Bước 1: Tạo tạo 1 datalog mới :HMI => Historical data => Data logs => <add new> đặt tên..
Hình 3.36. Tạo data logs trong WinCC Professional.
Bước 2: Tạo tag logging mới: Data logs => logging tags => <add new> =>đặt tên => chọn tag quá trình với Process tag.
Tại Acquisition mode: Chế độ lặp lại: chọn Cyclic Tại logging cyclic: Chọn thời gian vòng quét là 1x500 ms. Bước 3: Tạo giao diện giám sát trạng thái với đối tượng WinCC
Screen => chọn màn hình screen => Toolbox => Control => F(t) => chọn vị trí và kích thước mong muốn.
Hình 3.37. Biễu diễn tag logging theo đồ thị F(t)
Bước 4: Chọn tag logging muốn hiển thị và giám sát trạng thái: Tại trenview Properties => Trends => <add new> đặt tên .
▪ Tại data source chọn Logging tags, và tag cần quan sát, thời gian quét vòng 250ms
▪ Tại mục Style chọn màu sắc hiển thị của các tag logging nếu có nhiều tag logging khác nhau.
Hình 3.38. Chọn tag logging cần hiển thị trên trends view
Ở đây ta lựa chọn hiển thị cho 3 tag logging là nhiệt dộ,độ ẩm không khí và cường độ ánh sáng với 3 màu lần lượt là đen, đỏ ,xanh.
3.9. Thiết kế trang in với Reports
Bước 1: Tạo một bản report mới: Project tree => Reports => Add new report => đặt tên là báo cáo khí hậu.
Hình 3.39. Tạo 1 report mới
Bước 2: Bật tắt các trang của bản report: Report => báo cáo khí hậu => Properties => General => General.
Hình 3.40. Bật tắt các trang Reports
Hình 3.41. Cấu hình trang in cho report
Bước 4 thiết kế các phần của report theo yêu cầu bài toán từ các đối tượng cơ bản, Element, Graphic và control cần thiết.
▪ Thiết kế Header: hiển thị tên project name và report nam: Toolbox => Element => chọn project name và report name,chọn kích thước tương ứng với văn bản cần thiết kế.
Hình 3.42. Thiết kế Header
▪ Thiết kế cho Footer: hiển thị ngày tháng và số thứ tự trang:
+ Toolbox => Element => chọn Date/time field và page number.
▪ Thiết kế Detail page: hiển thị các thông tin các tham số nhiệt độ ,độ ẩm, cường độ ánh sáng, tại những thời gian xác định với đối tượng table view:
+ Toolbox => Controls => Table view => chọn vị trí và kích thước mong muốn.
+ Cấu hình các tham số cần hiển thị trong báo cáo. Lựa chọn các giá trị logging tag cần hiển thị: properties => Value columns => <Add new> => đặt tên tương ứng với logging tag. => gắn logging tag tại data source.
Hình 3.44. Cấu hình các tham số cần hiển thị