8. Cấu trúc luận văn
2.1.4.1. Nội dung tổng quát và phân bố thời gian
TT Tên các bài trong mô đun
Thời gian (h) Tổng số Lý thuyết Thực hành Kiểm tra* 1 Hướng dẫn cài đặt và sử dụng phần mềm
Simatic manager Step7 – V5.5 4 1 3 0
2 Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
quay hai chiều có hãm trước lúc đảo chiều 4 1 2.5 0,5
3 Điều khiển các động cơ khởi động và
dừng theo trình tự 8 2 5,5 0,5 4 Điều khiển hai băng tải có đếm sản phẩm 12 4 7 1 5 Điều khiển đèn giao thông 12 4 7 1 6 Điều khiển máy trộn 8 2 5,5 0,5 7 Đo điện áp DC và điều khiển ON/OFF 8 2 5,75 0,25 8 Điều khiển nhiệt độ. 12 4 7 1 9 Điều khiển động cơ SERVO 8 2 5,75 0,25 10 Điều khiển thang máy 16 4 11 1 11 Màn hình cảm ứng 14 2 11 1 12 Kết nối PLC với màn hình cảm ứng. 14 2 11 1
Cộng: 120 30 82 8
* Giờ kiểm tra được tính vào giờ thực hành. 2.1.4.2. Phương pháp và nội dung đánh giá
Áp dụng hình thức kiểm tra tích hợp giữa lý thuyết với thực hành. Các nội dung trọng tâm cần kiểm tra là:
- Giải thuật phù hợp, phân tích được chương trình;
40
- Sản phẩm đạt các yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật và an toàn; - Sửa chữa hư hỏng phần điện và phần cơ;
- Đề xuất phương án cải tiến mạch khả thi.
2.1.4.3. Hướng dẫn thực hiện module * Phạm vi áp dụng chương trình * Phạm vi áp dụng chương trình
Chương trình module này được sử dụng để giảng dạy cho trình độ Cao đẳng nghề.
* Hướng dẫn một số điểm chính về phương pháp giảng dạy module
- Trước khi giảng dạy, giáo viên căn cứ vào nội dung của từng bài học để chuẩn bị đầy đủ các điều kiện cần thiết nhằm đảm bảo chất lượng giảng dạy;
- Áp dụng phương pháp đàm thoại để học viên ghi nhớ kỹ hơn;
- Khi giải bài tập, làm các bài thực hành, giáo viên phải hướng dẫn, thao tác mẫu và sửa sai tại chổ cho sinh viên;
- Sử dụng các mô hình, học cụ mô phỏng để minh họa các bài tập ứng dụng các hệ truyền động dùng PLC, các loại thiết bị điều khiển, các module mở rộng....
* Những trọng tâm cần chú ý
- Cấu trúc chương trình, tập lệnh của các họ PLC; - Phương pháp lập trình, nạp chương trình các họ PLC; - Các chương trình ứng dụng điều khiển điện công nghiệp.
2.1.5. Đặc điểmcủa module và các phương pháp giảng dạy đặc trưng
- Module PLC là module chuyên ngành Tự động hóa của nghề Điện công nghiệp, đây là module bắt buộc. Trước khi học module này cần hoàn thành các mô đun cơ sở, đặc biệt các module: Tin học cơ bản, Trang bị điện, Kỹ thuật cảm biến, truyền động điện, điều khiển điện khí nén, điều khiển lập trình cỡ nhỏvà PLC cơ bản. - Các PPDH đặc trưng: phương pháp trực quan, phương pháp nêu vấn đề, phương pháp đàm thoại, phương pháp angorit hóa.
2.2. Lựa chọn chương trình, công cụ để xây dựng BGĐT module PLC
2.2.1. Phần mềm thiết kế giao diện WINCC
41
WinCC là một phần mềm lập trình hướng đối tượng, giúp thiết kế các hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu một cách dễ dàng, có khả năng đặt cấu hình nhanh, là hệ thống hiện đại có thể mở rộng đến nhiều Slaver và Master. WinCC có giao diện thân thiện với người sử dụng, khả năng đáp ứng chính xác những công việc từ đơn giản đến phức tạp.
Phần mềm WinCC được viết bởi hãng Siemens, nhà cung cấp hàng đầu trong lĩnh vực tự động hóa. Hiện nay, WinCC là một trong ba phần mềm ứng dụng thiết kế hệ thống SCADA thành công nhất thế giới và là phần mềm số một của Châu Âu.
Hình 2.1:Sơ đồ kết nối WinCC với PLC
2.2.1.2 Đặc điểm của WinCC
- Công nghệ phần mềm tiên tiến: WINCC sử dụng công nghệ phần mềm mới nhất, nhờ sự cộng tác chặt chẽ giữa Siemen và Microsoft, người dùng yên tâm với sự phát triển của công nghệ phần mềm.
- Hệ thống khách chủ với chức năng SCADA: Ngay từ hệ thống WINCC cơ sở đã có thể cung cấp tất cả các chức năng để người dùng có thể khởi động các yêu cầu hiển thị phức tạp. Việc gọi những hình ảnh (Picture), các cảnh báo (Alarm), đồ thị trạng thái (Trend), các báo cáo (Report) có thể dễ dàng được xáclập.
- Có thể nâng cấp và mở rộng từ đơn giản đến phức tạp: WinCC là module trong hệ thống tự động, vì thế có thể sử dụng nó để mở rộng hệ thống một cách linh hoạt từ
42
đơn giản đến phức tạp, từ hệ thống với một máy tính giám sát tới hệ thống có nhiều máy giám sát hay hệ thống có cấu trúc phân tán với nhiều máy chủ (Sever).
- Có thể phát triển theo từng lĩnh vực công nghiệp, từng yêu cầu công nghệ: WinCC hỗ trợ các module mở rộng cho từng ứng dụng hay công nghệ.
- Cơ sở dữ liệu được tích hợp sẵn: Cơ sở dữ liệu SQL (Structured Query language) đã được tích hợp sẵn trong WinCC. Tất cả dữ liệu cấu hình về hệ thống và các dữ liệu về quá trình điều khiển đều được lưu trữ trong dữ liệu này.Người dùng có thể truy cập dễ dàng tới cơ sở dữ liệu của WinCC bằng SQL hoặc ODBC (Open Database Connectivity).Sự truy cập này cho phép WinCC chia sẻ dữ liệu từ các chương trình chạy trên nền Window.
- Các giao thức chuẩn mạnh: WinCC tích hợp những giao thức chuẩn mạnh (DDE, OLE, ACTIVE X, OPC). Các diện chuẩn như DDE OLE dùng cho việc chuyển dữ liệu từ các chương trình chạy trên nền window.
- Giao diện lập trình API mở: Tất cả các module của WINCC đều có giao diện mở cho giao diện lập trình ngôn ngữ C. Điều đó có nghĩa là người dùng có thể tích hợp cả cấu hình của WINCC và các hàm thực hiện vào một chương trình của người dùng. WINCC hổ trợ ngôn ngữ lập trình vạn năng - lập trình chuẩn ANSI_C Visual, giao diện lập trình API mở cho việc truy cập dữ liệu tới các hàm của WINCC và cả dữ liệu giúp cho người sử dụng lập trình theo ý mình một cách dễ dàng.
- Có thể cài đặt cấu hình trực tuyến bằng WIZARDS: Khả năng lựa chọn ngôn ngữ khi cài đặt, WINCC có sẵn kênh truyền thông để giao tiếp với các loại PLC của Simen.
- Giao tiếp với hầu hết các PLC: WINCC có khả năng giao tiếp với các loại PLC của Siemens với các giao thức hỗ trợ sẵn, ngoài ra còn có thể giao tiếp với các PLC khác bằng OPC. Với các chức năng trên WINCC thực sự là một phần mềm SCADA hỗ trợ hiệu quả cho người dùng, có vai trò là cửa sổ của hệ thống và là phần tử trung tâm của hệthống
2.2.1.3. Ưu điểm của version WINCC 6.0 (7.0)
43
- Cung cấp các giải pháp bổ sung mới về Web, Client, phân tích dữ liệu, các công cụ báo cáo, bảo trì, chẩn đoán;
- Hổ trợ“Visual Basic For Application” cho việc tự động hoá các nhiệm vụ kỹ thuật và ngôn ngữ lập trình “VbScript” như 1 ngôn ngữ lập trình cấp cao tiện dụng;
- Cung cấp các tính năng hữu hiệu trong việc lưu trữ các dữ liệu quá trình và các sự kiện với nhiều cấp độ khác nhau đến 1 trung tâm lưu trữ là SQL Server;
- Hỗ trợ tuỳ chọn “WinCC/Connectivity Pack” dữ liệu lưu trữ trong WinCC có thể được truy cập từ bất kì máy nào dùng chuẩn OPC HAD (Historical Data Access). WINCC có thể hổ trợ các cấu hình hệ thống từ thấp đến cao.
- Hệ thống điều khiển dùng một máy tính (Single-user system); - Hệ thống dùng nhiều máy tính (Multi- user system);
- Cấu trúc Client/Server có dự phòng ;
- Cấu trúc hệ thống phân tán với nhiều trạm chủ.
2.2.2. Các loại project trong WINCC
Có ba loại project có sẵn để dùng trong WINCC
2.2.2.1 Single-user project
Nếu muốn làm việc với một máy tính trong một WINCC project thì ta tạo Single-user project. Có định dạng như một server cho quy trình sản xuất và đóng vai trò điều khiển trạm ngõ vào, máy tính khác không thể sử dụng project này được.
44
2.2.2.2 Multi-user project:
Được sử dụng khi muốn làm việc với nhiều máy tính.Hệ thống Multi-user cho phép điều khiển một hệ thống bởi nhiều trạm điều khiển. Một người điều hành có thể biết những hoạt động điều khiển của một trạm khác vì các thông tin một trạm điều khiển của một user sẽ được hiển thị trên màn hình của các user khác.Trong hệ thống multi-user các trạm điều khiển cùng hoạt động một cách bình đẳng với nhau. Chúng sử dụngchung một cơ sở dữ liệu.
Hình 2.3: Tạo Multi-user
Các hệ thống multi-user hoạt động theo nguyên lý Client/Server. Các server đảm nhận vai trò là một trung tâm chứa các tài nguyên dữ liệu, liên kết giữa các trạm điều hành và ghi chép các dữ liệu từ các trạm trong hệ thống.Các trạm client sử dụng các tài nguyên từ các server.Chúng giao tiếp với các server thông qua các terminal bus riêng lẻ và các trạm giao tiếp với nhau bằng giao thức chuẩn TCP/IP.Số client cho phép trên một server lên đến 16 client.
2.2.2.3 Client project
Nếu tạo một multi-user project thì sau đó chúng ta phải tạo clients để truy cập server. Chúng ta tạo một chương trình client trên máy tính để được sử dụng như một client. Có hai tùy chọn cơ bản :
45
- Hệ thống Multi-user với một hoặc nhiều hơn một server: Client truy cập một vài server. Dữ liệu runtime được phân bổ trên server khác. Cấu hình dữ liệu trên multi- user projects thì lấy ở những server khác nhau.
- Hệ thống Multi-user với chỉ một server: Client truy cập một server duy nhất. Tất cả các dữ liệu được xác định trên server và liên quan đến các clients. WinCC/ Web Navigator cho phép chúng ta có thể giám sát và điều khiển các quá trình thông qua mạng Intranet và cả mạng Internet. WinCC Web Navigator Server có các chức năng của một trạm WinCC và các chức năng của một Web Server. Nó dựa trên Internet Information Server của hãng Microsoft.
Hình 2.4: Tạo Client
2.2.3. Sử dụng phần mềm WinCC
2.2.3.1. Thiết lập Driver kết nối giữa WinCC và PLC
Để WINCC có thể giao tiếp với PLC ta phải chọn Driver cho nó.Muốn chọn Driver ta phải vào “Tag Management”.
46
Hình 2.5: Màn hình Tag Management
Chú ý : Muốn chọn kết nối với PLC S7 300 ta chọn “SIMATIC S7 Protocol Suite” 2.2.3.2. Định nghĩa các Tag:
Những biến được dùng trong WinCC mô tả các giá trị thực của một đối tượng của một Project hoặc chứa giá trị tính toán cục bộ hay mô phỏng bên trong WinCC. Có hai loại tag chính trong WinCC đó là Tag nội ( Internal tag) và Tag ngoại ( External Tag).
Những tag nội là những vùng nhớ bên trong WinCC hoặc thiết bị mô phỏng.
Những tag ngoại là những vùng nhớ bên trong WinCC có khả năng giao tiếp với vùng nhớ của thiết bị ngoại vi và các đối tượng khác trong WinCC.
Những nhóm tag (tag group) dùng để tổ chức các tag theo cấu trúc. Tất cả các tag được tổ chức trong tag group để cải thiện sự rõ ràng. Chẳng hạn Group các External (Process ) tags có tên là Recieve data là những tag nhận dữ liệu từ bồn hóa chất 1,2,3 trong hệ thống.
47
Hình 2.6. Cấu trúc phân cấp của tag
2.2.3.3. Tạo giao diện người dùng - Graphics Designer:
Để thực hiện được chức năng giám sát và điều khiển hệ thống trên màn hình. Ta phải thiết lập giao diện người dùng mà nó được thực thi bởi công cụ “Graphics Designer”. Người dùng phải thiết kế sao cho các tính năng của các thiết bị trên màn hình phải mô phỏng được thiết bị thật trong quá trình sản xuất.
- Nhiệm vụ của hệ thống đồ họa: Hệ thống đồ họa được sử dụng để sáng tạo những hình ảnh mà nó sẽ hiển thị quá trình sản xuất của hệ thống trong chế độ runtime. Hệ thống đồ họa có những nhiệm vụ sau:
+ Hiển thị những phần tử hình ảnh người vận hành có thể điều khiển được và các static, thí dụ: Texts,graphics or buttons;
+ Cập nhật các phần tử ảnh động lực, chẳng hạn sự thay đổi chiều dài của một thanh đồ họa mà nó liên quan đến một giá trị của quy trình sản xuất;
+ Giúp người điều khiển tác động tới một input, chẳng hạn click vào một nút nhấn, hoặc nhập một text trong vùng ngõ vào (I/O field).
- Các bước để tạo giao diện người dùng: + Khởi động Graphics Designer;
+ Sáng tạo và đặt tên lại cho Graphics Designer; Xây dựng đối tượng thư viện và điều khiển ActiveX:
+ Thay đổi thư viện và hình ảnh từ phiên bản của chương trình cũ hơn; + Định cấu hình và chạy Runtime.
48
Hình 2.7. Màn Hình Thiết kế giao diện đồ họa
Các thành phần trên màn hình tạo giao diện gồm:
- Color Palette: Thiết lập màu cho đối tượng được chọn. Có 16 màu chuẩn, tuy nhiên có thể dùng màu tùy thích do chính bạn định nghĩa;
- Object Palete: Chứa các đối tượng chuẩn ( Polygon, Ellipse, Rectangle,…), các đối tượng thông minh ( OLE control, OLE Elêmnt, I/O Field,…) và các đối tượng Windows ( Button, Check Box,…);
- Style Palette: thay đổi hình thức của đối tượng được chọn. Tuỳ vào kiểu đối tượng, mà ta có thể thay đổi kiểu đường thẳng hoặc đường viền, độ rộng của
đường thẳng hoặc đường viền, kiểu kết thúc của đường thẳng, hoặc kiểu tô;
- Alignment Palette: Cho phép thay đổi vị trí của một hoặc nhiều đối tượng, để thay đổi vị trí các đối tượng đã chọn có liên quan đến đối tượng khác, hoặc tiêu chuẩn hoá chiều cao và bề rộng của vài đối tượng;
- Zoom palette: thiết lập hệ số phóng đại (phần trăm) cho sự hoạt động của cửa sổ. Các hệ số phóng đại chuẩn là: 8, 4, 1, 1/2, và 1/4;
- Menu Bar: Chứa tất cả các trình đơn lệnh cho Graphic Designer. Những lệnh không có hiệu lực được biểu diễn bằng màu xám;
49
- Toolbar: chứa các nút để thực hiện nhanh nhiều lệnh chung;
- Font Palette: cho phép thay đổi kiểu font, kích thước, và màu trong đối tượng text, cũng như là màu đường thẳng của các đối tượng chuẩn;
- Layer: cho hiển thị một lớp trong 16 lớp (Lớp 0 đến 15). Lớp 0 được chọn mặc định.
2.2.3.4. Tạo ảnh động và hiệu ứng cho đối tượng:
Vào properties của đối tượng thiết lập thuộc tính của đối tượng và thời gian cập nhật dữ liệu. Có ba cách để thực hiện:
- Dùng kết nối trực tiếp ( Direct connector) với tag; - Dùng VBS-Action;
- Dùng C-Action.
Để hiểu rõ hơn về cách tạo ảnh động ta thực hiện ví dụ về sự thể hiện quá trình làm đầy của một bồn nước được minh họa như sau:
Hình 2.8. Ví dụ minh họa
2.2.3.5. Biểu diễn giá trị của quá trình - Logging Editor:
* Chức năng Logging Editor
- Thiết lập được thời gian ( chu kỳ ) cập nhật thông tin dữ liệu ( Timer);
- Thiết lập Archive Wizard lưu trữ dữ liệu để có thể in ra, hiển thị bảng báo cáo thông số của quá trình sản xuất khi chạy runtime;
* Các bước thiết lập - Mở Tag Logging Editor;
50 - Đặt cấu hình cho Timer;
- Tạo dữ liệu lưu trữ với Archive Wizard;
- Vẽ đồ thị hiển thị thông số của quá trình sản xuất.
Trong của sổ Graphics Designer, chọn WinCC Online Trend Control trên Tab Control bên của sổ Object Palette và kéo vào màn hình soạn thảo.
1. Tạo một bảng báo cáo
Chọn WinCC Online Table Control có trong Tab “Control” bên cửa sổ Object Palette và đặt vào trang màn hình soạn thảo.
2. Cài đặt tham số Runtime
Nhằm thiết lập những thuộc tính để bản ghi tag (Tag Logging) cũng được khởi động lúc chạy chương trình. Người dùng cần phải vào “Properties” của “Computer”, chọn nhãn “Startup”
3. Chạy chương trình
- Bản ghi thời gian là những khoảng thời gian mà tại đó các giá trị được lấy ra từ ảnh quá trình của quản lý dữ liệu bởi Tag-Logging;