CHƯƠNG 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.6.4.3 Hàm chức năng – FUNCTION
Functions (FCs) là các kh i mã không c n b nh . Dố ầ ộ ớ ữ liệu c a các bi n tủ ế ạm thờ ịi b mất sau khi FC được xử lý. Các khối dữ liệu tồn c u có thầ ể đượ ửc s dụng để lưu trữ dữ liệu FC.
Functions có th ể được s d ng v i mử ụ ớ ục đích: - Trả l i giá ạ trịcho hàm chứ năng được g c ọi.
- Thực hi n cơng nghệ ệ chức năng, ví dụ: Điều khiển riêng với các hoạt động nhị phân.
Ngồi ra, FC có th ể được g i nhi u l n t i các thọ ề ầ ạ ời điểm khác nhau trong một chương trình. Điều này tạo điều kiện cho lập trình chức năng lập đi lặp l i phức t p. ạ ạ
FB (function block): Đố ới v i m i l n g i, FB c n m t khu v c nh . Khi mỗ ầ ọ ầ ộ ự ớ ột FB được gọi, một Data Block (DB) được gán với instance DB. Dữ liệu trong Instance DB sau đó truy cập vào các bi n củế a FB. Các khu vực b nh khác ộ ớ nhau đã được gán cho một FB nếu nó được gọi ra nhiều lần.
DB (data block): DB thường để cung cấp bộ nhớ cho các biến dữ liệu . Có hai lo i c a kh i d ạ ủ ố ữliệu DB: Global DBs nơi mà tất cả các OB, FB và FC có thể đọc được dữ ệu lưu trữ, hoặc có thể tự mình ghi dữ li liệu vào DB, và instance DB được gán cho một FB nhất định.
3.7 Giới thiệu tổng quan v ềphần mềm ứng d ng WinCC ụ
3.7.1 Khái niệm
WinCC (Window Control Center) là m t hộ ệ thống ph n mầ ềm điều khi n giám sát ể cơng nghi p, có tính k ệ ỹthuật và h ệthống màn hình hi n th ể ị đồ họa để điều khi n các nhiể ệm vụ đặt ra trong s n xu t và tả ấ ự động hóa q trình. Hệ thống này có ch a nh ng Module ứ ữ chức năng tích hợp cơng nghiệp cho hiển th đồ họị a, thơng báo, lưu trữ và các báo cáo. Nó là một trình điều khi n m nh, nhanh chóng c p nh t các hình nh c a các quá trình quan ể ạ ậ ậ ả ủ sát, và các chức năng lưu trữan tồn bảo đảm m t tính lộ ợi ích cao.
3.7.2 Chức năng
Graphics Designer: Th c hi n d dàng các chự ệ ể ức năng mô phỏng và hoạt động qua các đối tượng đồ h a cọ ủa chương trình WinCC, Windows, I/O,.. và các thuộc tính hoạt động (Dynamic).
Alarm Logging: Thực hi n vi c hi n th các thông báo hay các c nh báo khi h ệ ệ ể ị ả ệ thống vận hành. Nhận các thông tin từ các quá trình, hiển th , hị ồi đáp và lưu trữ chúng. Alarm Logging còn giúp ta phát hi n ra nguyên nhân cệ ủa lỗi.
Tag Logging: Thu thập, lưu trữ và xuất ra dưới nhi u d ng khác nhau t các quá ề ạ ừ trình đang thực thi.
Report Designer: Tạo ra các thơng báo, k t quế ả. 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 đổ ới v i các thiết bị khác.Trong WinCC, các công thức và ứng d ng có ụ thể soạn thảo, lưu trữ và s d ng trong h ử ụ ệ ống. th
Ngồi ra, WinCC cịn k t h p v i Visual C++, Visual Basic t o ra m t h ế ợ ớ ạ ộ ệthống tinh vi và phù h p cho t ng hợ ừ ệ thống tự động hóa chuyên bi ệt.
WinCC có th t o m t giao diể ạ ộ ện Người và Máy HMI d a trên s giao ti p gi– ự ự ế ữa con người với các thiết bị, hệ thống tự động hóa thơng qua hình ảnh, số liệu, sơ đồ,.. Giao diện có th ể cho phép người dùng v n hành, theo d i t xa và cịn có th cậ ỏ ừ ể ảnh báo, báo động khi có s c . ự ố
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 4: THIẾT KẾ THI CÔNG VÀ LẬP TRÌNH
4.1 Mơ hình h ệthống
Bước 1: Xây d ng mơ hình 3D trên ph n m m Autocad ự ầ ề để xác định kích thước, v ị
trí thi t bế ị
Bước 2: Mua vật tư dựa vào kích thước trên phần m m: thùng x p, sề ố ắt V, bơm, ống
nước PVC,…
Bước 3: Tiến hành làm khung ch a thùng x p ứ ố
Bước 4: Bỏ thùng x p vào khung và l p các thanh g ố ắ ỗ để đặt bơm
Bước 5: Xác định v ị trí bơm và cố định bơm
Bước 6: Lắp đặt đường ống hút và xả nước
Figure 4.1-2 Mơ hình hệ thống thực tế
4.2 Lựa ch n thiọ ết bị
4.2.1 PLC S7-1200 CPU 1212 (DC/DC/DC)
Với đề tài được giao, chúng em lựa chọn PLC S7-1200 CPU 1212 DC/DC/DC, vì
analog, biến t n, s ngõ vào/ra nhi u, có tích h p bầ ố ề ợ ộ điều khiển PID,… và hơn hết là phù hợp với điều ki n sinh viên chúng em. ệ
Figure 4.2-1 CPU 1212C DC/DC/DC 6ES7212-1AE31-0XB0
Table 4.2-1 V trí ị chân k t nế ố ủi c a CPU 1212 DC/DC/DC
Thông số kĩ thuật
Category PLC controller
Interfaces -
Counter 3 (100kHz) + 1 (30kHz)
No. of analogue inputs 2
No. of digital inputs (max.) 8
No. of inputs (max.) 1
No. of outputs (max.) 6
No. of relay outputs (max.) 6
Supported protocols TCP / IP, ISO- -TCP, USS drive on protocol, Modbus Master/Slave
Min. operating voltage 20.4 VDC
Clock Summer/winter changeover
Operating voltage 20.4 28.8 VDC –
Max. operating voltage 28.8 VDC
Height 100 mm
Width 90 mm
Program memory 1 MB
IP rating IP65 (on front)/IP20 (on back)
Data storage 25 kB
No. of extension modules Max 1 Signalboard, 2 Signal Module, 3 Communications Module
Type CPU 1212 DC/DC/DC
Manufacturer part # 6ES7212-1AE31-0XB0
Display NO
T 75mm
Analogue inputs 2AE OF 0-10V
Digital outputs 6 (24VDC)
Digital inputs 8 (24VDC)
Operating voltage 20.0 28.8VDC –
4.2.2 Bơm 1 pha
Figure 4.2-3 Bơm 1 pha
Thông số kĩ thuật Model 1DK-15 Điện áp 220V Công suất 370W Tần số 50 Hz Tốc độ vòng quay 2900 v/phút
Chiều cao đẩy tối đa 15 m
Chiều cao đẩy định mức 10 m
Lưu lượng tối đa 6.5 m3/h
Lưu lượng định mức 1.5 m3/h
Chiều cao hút tối đa 8 m
Chiều cao hút định mức 6 m
Table 4.2-3 Thông s ố kĩ thuật bơm 1 pha
4.2.3 Cảm bi n áp suế ất nước
Thông số kĩ thuật
Hãng SMC
Model ISE40-01-22L
Analog output Ngõ ra điện áp: 1V – 5V
Dãi áp suất -0.100 1.00 MPa –
Số dây: Brown (+) Black (OUT1) White (OUT2) Gray Blue (-) 5 DC12-24V NPN 80mA NPN 80 mA Analog Out 0V
Table 4.2-4 Thông s ố kĩ thuật cảm biến áp suất
4.3 Thiết kế và lắp đặ ủ điện t t
Bước 1: Thiết k t ế ủ điện trên ph n mầ ềm Autocad để xác định kích thước tủ và bố trí
thiết bị
Bước 2: Mua vỏ ủ t và các thiết bị
Bước 3: Xác định v trí và khoét lị ỗ
Bước 4: Lắp thiết bị lên tủ
Bước 5: Đi dây trong tủ điện
Bước 6: Lắp cảm biến lên mơ hình
Figure 4.3-2 Mặt trước và m t bên tặ ủ
Figure 4.3-5 Mặt trước của tủ khi hồn thành
4.4 Chương trình lập trình trên Tia Portal và cấu hình Module
4.4.1 Lưu đồ giải thu t ậ
S Đ S Đ S Đ START Setpoint > 0
Bơm 1P ON, Bơm 3P (biến tần) OFF Cập nh t áp suậ ất từ ả c m bi n ế
Sensor < Setpoint
Bơm 3P (biến tần) ON Gọi chương trình con PID Cập nh t áp suậ ất từ ả c m bi n ế
Sensor = Setpoint
Ổn định áp suất Cập nh t áp suậ ất từ ả c m bi n ế
4.4.2 Chương trình xử lý tín hiệu Analog
Để đọc và xuất tín hiệu analog trong S7 1200 ta sử dung hàm NORM_X và hàm
SCALE_X
Lệnh SCALE_X định tỷ lệ c a thông s s ủ ố ốthực được chu n hóa VALUE, thành kiẩ ểu dữ liệu và ph m vi giá trạ ị được xác định b i thông sở ố MIN và MAX : OUT = VALUE (MAX - MIN) + MIN
Figure 4.4-1 SCALE_X
Lệnh NORM_X chu n hóa thơng s VALUE bên trong ph m vi giá trẩ ố ạ ị được xác định b i các thông số MIN và MAX: OUT = (VALUE MIN) / (MAX ở - - MIN)
Tùy vào cảm biển mà ta ch n các thông s min, max c a kh i Scale_x, Norm_X ọ ố ủ ố
Trong đồ án, nhóm sử dụng cảm biến áp suất SMC ISE40 có dãi đo từ 0.03 đế - n 10
bar, tương ứng với điện áp từ 1 đến 5V. Với các thông số trên, kết hợp với thực tiễn ta tính
được K1 =2764, K2 = 13824, Min = -0.03, Max = 10. Cấu hình ph n c ng trên Tia Portal: ầ ứ
Figure 4.4-3 Cấu hình phần c ng PLC 1212 DC/DC/DC ứ
Trong quá trình c u hình ph n c ng, chúng ta cấ ầ ứ ần lưu ý đến lo i tín hiạ ệu và địa ch ỉ vào ra c a tín hi u analog ủ ệ
Figure 4.4-4 Cấu hình đầu vào analog
Ở ph n này ta th y có 2 kênh ngõ vào analog là Channel0 và Channel1. Nhóm chúng ầ ấ
em chọn kênh Channel0. Kênh Channel0 có địa ch ngõ vào là ỉ IW64, tín hiệu đầu vào analog là hình thức Voltage với dãi đo 0 – 10V. Kênh Channel1 ch khác v i kênh Channel0 ỉ ớ ở đị a ch ngõ vào là IW66. ỉ
Figure 4.4-5 Xử lí Analog
4.4.3 Chương trình truyền thơng biến tần
Để có th truy n thông t t c các thi t b phể ề ấ ả ế ị ải được cài đặt chung các thông s , chố ọn các thông số của biến tần như sau:
Tốc độ baud 9600
Port 269 (Xem trong Hardware identifier trong Tia Portal c a board truyủ ền thông)
Parity b it 2 (Ki m tra ch n l ) ể ẵ ẻ Data bit 8
Stop bit 1
Table 4.4-1 Cài đặt chung thông s bi n tố ế ần để truyền thông Các bước để truyền thông Modbus RTU.
4.4.3.1 Cấu hình bi n tế ần FR-D700
Đọc Manual biến tần FR – D700, ta cấu hình các thơng số sau:
Parameter Mô tả
Pr.1 = 50 Giới hạn t n s l n nh t ầ ố ớ ấ Pr.2 = 0 Giới hạn t n s ầ ốnhỏ nh t ấ
Pr. 79 = 2 Cho phép chuy n các chể ế độ PU, EXT, Net
Pr. 117 = 1 Vị trí trạm của biế ần t n Pr. 118 = 96 Tốc độ baud
Pr. 120 = 2 Kiểm tra ch n l ẵ ẻ(bằng 0: không ki m tra, ể bằng 1: ki m tra ch n, b ng 2: ki m tra l ) ể ẵ ằ ể ẽ Pr. 122 = 9999 Kiểm tra l i giao ti p (b ng 9999, không ỗ ế ằ
kiểm tra l i giao ti p) ỗ ế
Pr. 304 = 0 Hiển th s l i giao ti p c a truy n thông ị ố ỗ ế ủ ề Modbus - RTU
Pr. 549 = 1 Lựa ch n giao th c trọ ứ uyền thông (bằng 0: giao th c v i bi n t n Missubishi, b ng 1: ứ ớ ế ầ ằ giao th c modbus-RTU) ứ
Table 4.4-2 Cấu hình thơng s bi n t n ố ế ầ
- Lưu ý: sau khi cài đặt đầy đủ các thông số trên, chuyển biến tần sang chế độ
Net, sau đó khởi động biến tần lại để điều khiển.
Ngồi ra có th cài thêm m t s khác, tham kh o Manual c a bi n t n FR-ể ộ ố ả ủ ế ầ D700.
Modbus là 1 chu n giao ti p (Protocol) lẩ ế ớp Ứng d ng. Mụ ọi ngườ thười ng nhầm Modbus là l p vớ ật lý. Điển hình là chu n Modbus RTU có th truyẩ ể ền theo chu n v t lý RS-ẩ ậ 232 ho c RS-485 và chúng ta có th dùng b chuy n RS232 - ặ ể ộ ể RS485 để giao ti p 2 hoế ặc nhiều thi t bế ị khác chu n vẩ ật lý trên cùng 1 mạng.
Trong 1 m ng Modbus ch có 1 Master và nhi u Slave ạ ỉ ề (31), để có th truy n thơng ể ề tất c các thi t b phả ế ị ải được cài đặt chung các thông s : Tố ốc độ truyền, Độ dài Frame, Kiểm tra lỗi Parity, s bit Stop và khác thông s Station (Master có Station mố ố ặc định b ng 0). ằ
Phương pháp giao tiếp: Về cơ bản, Master sẽ gửi một thông điệp truy vấn (câu hỏi)
và m Slave v mtrạ trả ề ột thông điệp ph n h i (ph n hả ồ ả ồi).
Bằng cách truy cập vào địa ch thanh ghi Modbus (thanh ghi gi , ho c vùng nh ỉ ữ ặ ớ đặc biệt), chúng ta có thể đọc ho c vi t các giá tr cho bi n t n, ki m tra tr ng thái hoặ ế ị ế ầ ể ạ ạt động của bi n tế ần, ho c vi t lặ ế ệnh đầu vào c a biủ ến tần. Địa ch Modbus có giá tr tỉ ị ừ 40001 đến 49999.
Một số địa ch modbus ỉ
40001: Move giá tr ị 02H để điều khi n bi n t n ch y thu n. Theo dõi bể ế ầ ạ ậ ảng dưới đây để biết rõ hơn.
Bit Định nghĩa
Điều khiển đầu vào Trạng thái biến tần
0 Start, Stop bi n t n ế ầ Đang chạy
1 Quay thu n ậ Đang quay thuận
2 Quay nghịch Đang quay nghịch
3 RH SU (Tăng tần số)
4 RM OL (Quá tải)
5 RL 0
6 0 FU (Phát hi n t n s ) ệ ầ ố
7 RT ABC (lỗi)
8 AU(Chọn 4 đầu vào cho thiết bị đầu
9 0 SO (Giám sát đầu ra an toàn) 10 MRS (Dừng ngõ ra) 0 11 0 0 12 0 0 13 0 0 14 0 0 15 0 Xảy ra l i ỗ
Table 4.4-3 Bảng địa chỉ Modbus
40002: Reset bi n t n ế ầ 40009: Trạng thái c a bi n t n ủ ế ầ
40014: Ch y t n s cho bi n t n (giá tr RAM) ạ ầ ố ế ầ ị 40015: Ch y t n s cho bi n t n (giá tr EEPROM) ạ ầ ố ế ầ ị
Trong đồ án, nhóm s dử ụng 2 địa ch ỉ Modbus để on, off bi n t n, và truy n t n s t ế ầ ề ầ ố ừ PLC xuống bi n t n (40001, 40014). ế ầ
4.4.3.3 Làm cáp truy n thông ề
Sơ đồ chân biến tần: biến tần sử dụng jack RJ-45, có sơ đồ chân như sau:
STT Pin Tên Mô tả 1 SG Nối đất 2 - 3 RDA Nhận tín hi u bi n t n ệ ế ầ + 4 SDB Gửi tín hiệu bi n t n ế ầ -
5 SDA Gửi tín hiệu bi n t n ế ầ
+
6 RDB Nhận tín hi u bi n t n ệ ế ầ
-
7 SG Nối đất
8 -
Table 4.4-4 Sơ đồ chân vào bi n t n ế ầ
Sơ đồ chân Board truyền thông RS485 (CB 1241 – RS485)
STT Pin Tên Mô tả
1 M Chân chung 2 TA Nhận tín hi u t bi n t n - ệ ừ ế ầ 3 TRA Nhận, g i tín hi u t bi n t n - ử ệ ừ ế ầ 4 TRB Nhận, g i tín hi u t bi n t n + ử ệ ừ ế ầ 5 TB Nhận tín hi u t bi n t n + ệ ừ ế ầ 6 RTS Reset
Table 4.4-5 Sơ đồ chân vào board truyền thông
Từ hai bảng trên, nhóm đã mua cáp RJ-45, một đầu b m h t mấ ạ ạng để đưa vào biến tần, đầu còn lại bấm cos đấu vào board.
u dây: Sơ đồ đấ
PLC (CB 1241) Biến tần
TRA RDA
TRB SDB
SDA
RD
4.4.3.4 Chương trình lập trình trong tia portal
Trước khi l p trình, ta c u hình cho board CB 1241 (RS-485) có các thơng s giậ ấ ố ống
như cấu hình với biến tần. (Tốc độ baud, Port, Parity bit, Data bit, Stop bit)
Cấu hình truy n thơng trên Tia portal: ề
Figure 4.4-7 Cấu hình truyền thơng
Figure 4.4-8 Tạo chu k quét, x lý truy n thông ỳ ử ề
Figure 4.4-10 Start, stop biến tần
4.4.4 Chương trình lập trình PID
4.4.4.1 Mơ hình hóa h ệthống, tính tốn các thơng s ốPID
Hệ thống gồm 2 bơm mắc song song, một bơm chạy nền để ữ ải ở ộ gi t m t mức ổn định, bơm còn l i s ạ ẽ được điều khi n b ng bi n t n, s dể ằ ế ầ ử ụng PID điều khiển để đảm bảo áp suất được ổn định.
Cấp t n sầ ố cho bơm, áp suất do bơm tạo ra tăng dần. Sau một thời gian áp suất đạt
đến bão hịa. Đặc tính áp suất theo thời gian có thể biểu diễn như sau:
Figure 4.4-12 Đặc tính của động cơ