Hình 3. 9 Hình dạng bên ngồi của S7-1200 và các modun mở rộng
S7-1200 hỗ trợ kết nối Profibus và kết nối PTP (point to point). Giao tiếp PROFINET với:
Các thiết bị lập trình. Thiết bị HMI.
Các bộ điều khiển SIMATIC khác.
Hỗ trợ các giao thức kết nối: TCP/IP.
SIO-on-TCP. Giao tiếp.
PLC S7-1200 ( Promamable Logic Controller) là những kết hợp I/O và các lựa chọn cấp nguồn, bao gồm 9 module các bộ cấp nguồn cả VAC – hoặc VDC - Các bộ nguồn với sự kết hợp I/O DC hoặc Relay. Các module tín hiệu để mở rộng I/O và các module giao tiếp dễ dàng kết nối với các mặt của bộ điều khiển. Tất cả các phần cứng Simatic S7-1200 có thể được gắn trên DIN rail tiêu chuẩn hay trực tiếp trên bảng điều khiển, giảm được khơng gian và chí phí lắp đặt.
3.2.10Cấu trúc bên trong.
Cũng giống như các PLC cùng họ khác, PLC S7-1200 gồm 4 bộ phận cơ bản: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao tiếp xuất / nhập.
Bộ xử lý còn được gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), chứa bộ vi xử lý, biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC. Truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất. Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC (24V) cần thiết cho bộ xử lý và các mạch điện trong các module giao tiếp nhập và xuất hoạt động.
Bộ nhớ là nơi lưu trữ chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều khiển dưới sự kiểm soát của bộ vi xử lý.
Các thành phần nhập và xuất (input / output) là nơi bộ nhớ nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị điều khiển. Tín hiệu nhập có thể từ các cơng tắc, các bộ cảm biến…Các thiết bị xuất có thể là các cuộn dây của bộ khởi động động cơ…
Chương trình điều khiển được nạp vào bộ nhớ nhờ sự trợ giúp của bộ lập trình hay bằng máy tính
Tính năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C CPU 1215C Kích thước vật lý (mm) 90x100x75 90x100x75 110x100x7 5 130x100x75 Bộ nhớ người dùng
Work 30 Kbytes 50 Kbytes 75 Kbytes 100 Kbytes Load 1 Mbyte 1 Mbyte 4 Mbyte 4 Mbyte Retentiv
e
10 Kbytes 10 Kbytes 10 Kbytes 10 Kbytes
I/O tích hợp trên CPU Kiểu số 6 Inputs / 4 Out 8 Inputs / 6 Out 14 Inputs / 10 Out 14 Inputs / 10 Out Kiểu
tương tự 2 inputs 2 inputs 2 inputs
2 inputs / 2 outputs Kích
thước bộ đệm
Inputs 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes
Outputs 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes Bit nhớ (M) 4096 bytes 4096 bytes 4096 bytes 4096 bytes Module mở rộng vào ra
(SM) none 2 8 8
Board tín hiệu (SB) Board pin (BB) Board
truyền thông (CB) 1 1 1 1
Module truyền thông
(CM) 3 3 3 3 Bộ đếm tốc độ cao Total 3 built – in I/O, 5 with SB 4 built – in I/O, 6 with SB 6 6 Singe phase 3 at 100kHz SB: 2 at 30kHz 3 at 100kHz 1 at 30kHz 3 at 100kHz 3 at 30kHz 3 at 100kHz 3 at 30kHz SB:2at30kHz
Bảng 3. 1 Một số CPU S7-1200
3.2.11Phân vùng bộ nhớ.
PLC có 3 loại bộ nhớ sử dụng là Load memory, Work memory và Retentive Memory:
Load memory chứa bộ nhớ của chương trình khi down xuống. Work memory là bộ nhớ lúc làm việc.
System memory thì có thể setup vùng này trong Hardware config, chỉ cần chứa các dữ liệu cần lưu vào đây.
Bộ nhớ CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C
Load memory 1 Mb 2 Mb Work memory 25Kb 50 Kb System memory 2 Kb 2 Kb Bảng 3. 2 Phân vùng bộ nhớ. 3.2.12Tập Lênh S7-1200.
Tiếp điểm thường hở sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ là n bằng 1. Tốn hạng n: I, Q, M, L, D. Tính năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C CPU 1215C Quadrature phase 3 at 80kHz SB: 2 at 20kHz 3 at 80kHz 1 at 20kHz SB: 2 at 20kHz 3 at 80kHz 3 at 20kHz 3 at 100kHz 3 at 20kHz Ngõ ra xung 4 4 4 4
Card nhớ SIMATIC Memory Card (optional) Lưu trữ thời gian đồng
hồ thời gian thực
Chuẩn là 20 ngày, nhỏ nhất là 12 ngày ở nhiệt độ 400C (duy trì bằng tụ điện có điện dung lớn)
PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet 2 cổng truyền thông Ethernet Tốc độ thực thi phép tốn thực 2.3 µs/lệnh Tốc độ thực thi logic Boolean 0.08 µs/lệnh
Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ n là0. Tốn hạng n: I, Q, M, L, D.
Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 và ngược lại.
Toán hạng n: Q, M, L, D.
Chỉ sử dụng một lệnh out cho 1 địa chỉ.
Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 0 và ngược lại.
Toán hạng n: Q, M, L, D.
Chỉ sử dụng một lệnh out not cho 1 địa chỉ.
Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1. Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì bit này vẫn giữ nguyên trạng thái.
Toán hạng n: Q, M, L, D.
Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng 0 khi đầu vào của lệnh này bằng 1. Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì bit này vẫn giữ nguyên trạng thái.
Toán hạng n: Q, M, L, D.
Bảng 3. 3 Tập lệnh xử lý bít. Timer trễ khơng nhớ – TON
Khi ngõ vào IN ngừng tác động thì reset và dừng hoạt động Timer. Thay đổi PT khi Timer vận hành khơng có ảnh hưởng gì.
Bảng 3. 4 Tập lệnh Timer. Counter đếm lên – CTU.
Giá trị bộ đếm CV được tăng lên 1. Khi tín hiệu ngõ vào CU chuyển từ 0 lên 1. Ngõ ra Q được tác động lên 1 khi CV >= PV. Nếu trạng thái R = Reset được tác động thì bộ đếm CV = 0.
31
SVTH: Võ Vũ Tiền, Lê Văn Dương GVHD: Võ Khánh Thoại
Lệnh so sánh dùng để so sánh hai giá trị IN1 và IN2 bao gồm IN1= IN2, IN1>= IN2, IN1<= IN2, IN1< IN2, IN1> IN2, IN1<> IN2.
So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu lệnh so sánh thỏa mãn thì ngõ ra sẽ là mức 1 = TRUE (tác động mức cao) và ngược lại. Kiểu dữ liệu so sánh là: SInt, Int, Dint, USInt, UDInt, Real, Lreal, String, Time, DTL, Constant.
Lệnh cộng ADD: OUT = IN1 + IN2. Lệnh trừ SUB : OUT = IN1 - IN2.
Tham số IN1, IN2 phải cùng kiểu dữ liệu: Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal, Constant.
Tham số OUT có kiểu dữ liệu: Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal.
Tham số ENO = 1 nếu khơng có lỗi xảy ra trong quá trình thực thi. Ngược lại ENO = 0 khi có lỗi, một số lỗi xảy ra khi thực thi lệnh này:
Kết quả tốn học nằm ngồi phạm vi của kiểu dữ liệu.
Real/Lreal: Nếu một trong những giá trị đầu vào là NaN sau đó được trả về NaN.
ADD Real/Lreal: Nếu cả hai giá trị IN là INF có dấu khác nhau, đây là một khai báo không hợp lệ và được trả về NaN
Bảng 3. 5 Tập lệnh toán học.
Lệnh Move di chuyển nội dung ngõ vào IN đến ngõ ra OUT mà không làm thay đổi giá trị ngõ IN.
Tham số:
EN: cho phép ngõ vào. ENO: cho phép ngõ ra. IN: nguồn giá trị đến. OUT1: nơi chuyển đến.
3.2.13Sơ đồ đấu dây.
Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC.
Hình 3. 12 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC.
3.3 Tổng quan về hệ SCADA, phần mềm Wincc.
3.3.1Tổng quan về hệ SCADA.
3.3.1.1 Khái niệm và nguyên tắc làm việc hệ SCADA
SCADA (viết tắt : Supervisory Control And Data Acquisition) hiểu theo nghĩa
truyền thống là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Nhằm hỗ trợ con người trong quá trình giám sát và điều khiển từ xa. SCADA là cơng cụ tự động hóa trong khá nhiều lĩnh vực, sử dụng kỹ thuật vi xử lý - PLC/RTU (Programmaple Logic Controller/Remote Terminal Unit), để trợ giúp việc điều hành kỹ thuật ở những cấp trực điều hành các hệ thống tự động công nghiệp cũng như hệ thống điện. Hệ thống này cung cấp cho người vận hành các thông tin quan trọng của đối tượng cần quan tâm và cho phép thực hiện các lệnh điều khiển cần thiết về phía đối tượng để đảm bảo cho hệ thống hoạt động có hiệu quả và an tồn. SCADA đã hình thành và phát triển cùng với sự phát triển chung của các ngành công nghiệp khác như công nghiệp vi xử lý, viễn thông, tin học... Với đặc điểm là cơng cụ tự động hóa nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ việc quản lý điều khiển trong sản xuất công nghiệp, đến quản lý truyền tải và phân phối điện năng ở điện lực ... Sau khi chuyển sang cơ chế thị trường, đất nước mở cửa q trình cơng nghiệp tự động hóa bắt đầu, những nhà máy xí nghiệp xây dựng đều được ưu tiên về công nghệ tiên tiến và hệ thống SCADA - cơng cụ của tự động hóa đã
được phát triển rộng, lắp đặt ở nhiều nhà máy, xí nghiệp cơng nghiệp sản xuất chất lượng cao.
Hình 3. 13 Khái niệm SCADA 3.3.1.2 Chức năng của hệ thống SCADA 3.3.1.2 Chức năng của hệ thống SCADA
Hệ thống Scada thực hiện chức năng thu thập thông tin, dữ liệu từ xa về sản lượng, thông số vận hành tại các trạm biến áp thông qua số liệu lan truyền và lưu trữ hệ thống máy chủ.
Hiển thị trạng thái quá trình hoạt động như: đồ thị, thiết bị điện, hiển thị sự kiện, hiển thị báo cáo hoạt động, báo động.
Dùng các cơ sở số liệu đó: Để cung cấp cho những dịch vụ về điều khiển giám sát hệ thống điện.
Hiển thị những trạng thái về quá trình hoạt động của thiết bị điện, hiển thị đồ thị, hiển thị sự kiện, báo động, hiển thị báo cáo sản xuất.
Thực hiện điều khiển từ xa cho q trình Đóng /Cắt máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, thay đổi những giá trị của đầu phân áp máy biến thế, đặt giá trị của rơle...
Thực hiện những dịch vụ: Về truyền số liệu trong hệ và ra ngoài hệ, việc đọc viết số liệu lên PLC /RTU, trả lời các bản tin yêu cầu của cấp trên về số liệu và thao tác.
Một hệ SCADA sẽ được kết hợp phần cứng lẫn phần mềm vi tính để có thể tự động hóa việc điều khiển giám sát cho một đối tượng trong hệ thống điện.
Hình 3. 14 Ứng dụng SCADA 3.3.1.3 Thành phần hệ SCADA. 3.3.1.3 Thành phần hệ SCADA.
Cấu trúc hệ thống SCADA bao gồm có các thành phần cơ bản sau:
Trạm thu thập dữ liệu trung gian: là các thiết bị input/ouput từ xa RTU (Remote Teminal Units). Hoặc các khối PLC có thể điều khiển các thiết bị chấp hành. Như: cảm biến, bộ chuyển đổi tín hiệu để đóng ngắt relay…
Trạm điều khiển giám sát trung tâm: Là một hay nhiều máy chủ trung tâm.
Hệ thống truyền thông: các thiết bị truyền thơng, viễn thơng…Có chức năng truyền
dữ liệu từ các trạm trung gian về máy chủ.
Giao diện HMI (Human Machine Interface): Giao diện người-máy (HMI) là cửa sổ
điều hành của hệ thống giám sát. Nó trình bày thơng tin nhà máy cho nhân viên vận hành bằng đồ thị dưới dạng các sơ đồ bắt chước, là một biểu đồ sơ đồ của nhà máy đang được kiểm soát, và các trang báo động và ghi sự kiện. HMI được liên kết với máy tính giám sát SCADA để cung cấp dữ liệu trực tiếp để điều khiển các sơ đồ bắt chước, hiển thị cảnh báo và biểu đồ xu hướng. Trong nhiều cài đặt, HMI là giao diện người dùng đồ họa cho người vận hành, thu thập tất cả dữ liệu từ các thiết bị bên ngoài, tạo báo cáo, thực hiện báo động, gửi thông báo.
3.3.2 Phần mềm WinCC.
WinCC là 1 trong các chƣơng trình ứng dụng Scada (HMI-Human Machine Interface) trong lĩnh vực dân dụng cũng như công nghiệp. WinCC được dùng để điều hành các màn hình hiển thị và hệ thống điều khiển trong tự động hoá sản xuất và quá trình.
hẹp WinCC là chương trình hỗ trợ cho người lập trình thiết kế các giao diện Người và Máy (HMI) trong hệ thống SCADA (Supervisory Control An Data Acquisition), với chức năng chính là thu thập số liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất. Những thành phần có trong WinCC dễ sử dụng, giúp người dùng tích hợp những ứng dụng mới hoặc có sẵn mà khơng gặp bất kì trở ngại nào.
WinCC cung cấp các module chức năng thƣờng dùng trong cơng nghiệp như Hiển thị hình ảnh, tạo thơng điệp, lưu trữ và báo cáo. Giao diện điều khiển mạnh, việc truy cập ảnh nhanh chóng và chức năng lưu trữ an toàn (bảo mật) của nó đảm bảo tính hữu dụng cao. Với WinCC người dùng có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều PLC của các hãng khác nhau như Misubishi, Allen Braddly, Siemens… thông qua cổng + COM với chuẩn RS-232 của máy tính với chuẩn RS-485 của PLC.
Cài đặt kết nối PLC và WinCC.
Bước 1: Từ màn hình desktop nhấn đúp chọn biểu tượng TIA Protal V16.
Hình 3. 15 Biểu tượng TIA Portal V16. Bước 2: Click vào “Create new project” Bước 2: Click vào “Create new project”
Tại Project name: Nhập tên của chương trình cần lưu Tại Path: Chọn đường dẫn để lưu chương trình
Hình 3. 16 Giao diện chọn PLC của chương trình Bước 3: Add new Wincc Runtime. Bước 3: Add new Wincc Runtime.
Ở đây ta có Wincc Advanced, Wincc professional và Wincc client nhưng chúng ta nên sử dụng Wincc professional để sử dụng đầy đủ nhất các tính năng của Siemens.
Giao diện ban đầu:
Hình 3. 18 Giao diện ban đầu. ❖ Chú thích: ❖ Chú thích:
1. Tên của chương trình lưu ban đầu.
2. Device configuration: Cấu hình thêm phần cứng. 3. Main [OB1]: Nơi viết chương trình OB1.
4. Download tất cả cấu hình phần cứng và phần mềm cho PLC S7-1200. 5. Upload tất cả cấu hình phần cứng và phần mềm cho PLC S7-1200. 6. Điều khiển PLC Run.
7. Điều khiển PLC Stop.
8. Chức năng cài đặt các thông số của cổng mạng. Bước 4: Cài IP trên PLC: 192.168.X.Y.
Hình 3. 19 Giao diện IP trên PLC. Bước 5: Cài IP tĩnh trên máy tính: 192.168.X.Z. Bước 5: Cài IP tĩnh trên máy tính: 192.168.X.Z.
Hình 3. 20 Giao diện IP trên PLC
3.4 Tổng quan vệ phần mềm PyCharm
3.4.1Khái niệm
IDE Python của họ. Bài viết dưới đây sẽ giới thiệu chi tiết cho bạn về Pycharm cũng như hướng dẫn cách cài đặt và sử dụng Pycharm.
3.4.2 Các tính năng của Pycharm
Pycharm có thể chạy trên Windows, Linux, hoặc Mac OS. Ngồi ra, nó cũng chứa các Mơ đun và các gói giúp các lập trình viên phát triển phần mềm bằng Python trong thời gian ngắn với ít cơng sức hơn. Hơn nữa, nó cũng có khả năng tùy chỉnh theo yêu cầu của nhà phát triển.
Khi cài đặt Pycharm, LTV có thể sử dụng một số tính năng sau: Trình chỉnh sửa mã thơng minh:
- Giúp các lập trình viên viết mã chất lượng cao.
- Bao gồm các lược đồ màu cho các từ khóa, lớp và hàm. Điều này giúp tăng khả năng đọc và hiểu mã.
- Xác định lỗi một cách dễ dàng.
- Cung cấp tính năng tự động hồn thiện và hướng dẫn hồn thiện mã.
Điều hướng mã
- Giúp các nhà phát triển trong việc chỉnh sửa và nâng cao mã với ít nỗ lực và thời gian hơn.
- Với việc điều hướng mã, nhà phát triển có thể dễ dàng điều hướng một lớp,hàm hoặc tệp.
- LTV có thể xác định vị trí của một phần tử, một ký hiệu hoặc một biến trong mã nguồn trong thời gian ngắn khi sử dụng Pycharm.
- Bằng việc sử dụng chế độ thấu kính, nhà phát triển có thể kiểm tra và gỡ lỗi tồn