CHƯƠNG 3 : LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY
3.3. Giản đồ thời gian
SVTH: Nguyễn Phước Hội, Bùi Văn Châu GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 28
THIẾT KẾ MƠ HÌNH GIÁM SÁT VÀ SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG BÁNH IN QUA WEB SERVER
SVTH: Nguyễn Phước Hội, Bùi Văn Châu GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 29
CHƯƠNG 4: PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ STEP
4.1. Phần mềm lập trình PLC- TIA PORTAL
4.1.1. Giới thiệu phần mềm Step 7 Basis
SIMATIC STEP 7 Basic cung cấp các lợi ích giống như STEP 7 – Phần mềm kỹ thuật chuyên nghiệp nhờ tích hợp vào khung kỹ thuật TIA Portal, ví dụ:
- Chuẩn đốn trực tuyến.
- Dễ dàng tạo ra các đối tượng kỹ thuật.
- Thư viện để tái sử dụng các thành phần lập trình và làm việc hiệu quả. - Step 7 Basic (TIA Portal) hỗ trợ các ngôn ngữ lập trình IEC như: LAD
(Ladder Diagram), FBD(Function Block Diagram), SCL(structured text) - WinCC Basis là một phần của gói phần mềm. Bằng cách này, bạn cũng
có thể định cấu hình cơ bản SIMATIC HMI.
Hình 4.1 SIMATIC STEP 7 Tia Portal
Yêu cầu phần cứng: Siemens khuyến nghị các thiết bị lập trình SIMATIC Field PG là một nền tản mạnh mẽ và chắc chắn cho cài đặt phần mềm, đặt biệt khi trạm kỹ
SVTH: Nguyễn Phước Hội, Bùi Văn Châu GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 30
4.1.2. Một số thao tác cơ bản khi làm quen với phần mềm
Tạo project mới
Giao diện để tạo ra dự án mới
Hình 4.2 Giao diện đầu tiên của phần mềm lập trình TIA PORTAL V16
Giao diện tổng quan trước khi lập trình
Giao diện để chúng ta bắt đầu một dự án mới
THIẾT KẾ MƠ HÌNH GIÁM SÁT VÀ SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG BÁNH IN QUA WEB SERVER
SVTH: Nguyễn Phước Hội, Bùi Văn Châu GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 31
Sau đó chọn Device & Networks để chọn thiết bị muốn lập trình hoặc Project View để mở Project hiện có.
Giao diện phần cứng
Giao diện phần cứng gồm plc s7-1200 dc/dc/dc kết hợp module mở rộng ngõ ra DQ.
Hình 4.4 Giao diện phần cứng
Giao diện phần lập trình
Cửa số để lập trình dùng để viết chương cho PLC.
SVTH: Nguyễn Phước Hội, Bùi Văn Châu GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 32
Hình 4.6 Tag của PLC
Ngồi lập trình cơ bản TIA Portal cịn hỗ trợ một số tính năng nổi bật như:
Hỗ trợ lập trình truyền thơng trực tiếp trên phần mềm: giao diện HMI, Wincc, truyền thông profibus... với giao diện và tập lệnh dễ sử dụng.
Dễ dàng thiết lập cấu hình kết nối giữa các thiết bị trong mạng truyền thông Hỗ trợ mơ phỏng một cách trực quan các dịng PLC mới nhất của Siemens với PLCSIM.
Có thể nói TIA Portal là phần mềm được Siemens phát triển nhằm thay thế các phần mềm chuyên dụng khác cho các dòng PLC của hãng Siemens.
4.2. Kỹ thuật lập trình
4.2.1. Vịng qt chương trình
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét. Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vịng qt chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1.
Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bọ đệm ảo Q tới các cổng ra số. Vòng quét kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi.
THIẾT KẾ MƠ HÌNH GIÁM SÁT VÀ SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG BÁNH IN QUA WEB SERVER
SVTH: Nguyễn Phước Hội, Bùi Văn Châu GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 33
Chú ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào / ra tương tự nên các lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông qua bộ đệm.
4.2.2. Cấu trúc lập trình
Hình 4.7 Cấu trúc lập trình
4.2.3. Các khối chức năng trong lập trình
Khối OB (Organization block)
Là khối hàm tổ chức của PLC, được hệ điều hành gọi theo chu kì và là giao diện giữa chương trình và hệ điều hành.
Các khối hàm OB là khối hàm tổ chức trong PLC S7 1200, gồm một số các khối chính các bạn nên tập trung.
Program Cycle OB: Khối vịng qt chương trình được thực hiện khi PLC ở chế độ RUN (ví dụ: OB1).
Startup OB: Khối khởi động thực hiện 1 lần khi PLC chuyển từ chế độ STOP sang chế độ RUN.
Time delay interrupt: Khối ngắt thời gian trễ thực hiện sau một khoảng thời gian trễ định trước của một sự kiện (khối OB20).
Cyclic interrupt: Khối ngắt theo chu kỳ thực hiện cứ sau một khoảng thời gian nhất định (ví dụ: OB30).
Hardware interrupt: Khối ngắt phần cứng thực hiện khi có sự kiện ngắt đầu vào hoặc ngắt do Bộ đếm tốc độ cao (khối OB40).
SVTH: Nguyễn Phước Hội, Bùi Văn Châu GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 34
Khối chức năng FC (Function Block)
Là một khối mã mà thơng thường nó thực hiện một sự vận hành đặc trưng trên một hệ thống các giá trị ngõ vào. FC lưu trữ các kết quả của hoạt động này trong vùng nhớ.
Một FC có thể được gọi nhiều lần tại các thời điểm khác nhau trong một chương trình. Việc sử dụng này làm đơn giản hóa sự lập trình của các tác vụ.
Một FC khơng có khối mã dữ liệu (DB) liên quan .FC sử dụng nhóm dữ liệu tạm thời được sử dụng để tính tốn. Dữ liệu tạm thời khơng được lưu lại.
Khối chức năng FB (Function Data Block)
Khối hàm FB là một khối mã sử dụng một khối dữ liệu mẫu (DB) cho các thông số và dữ liệu tĩnh của nó. Các FB có bộ nhớ biến được đặt trong khối dữ liệu DB.
Khối chức năng DB (Data block)
Khối dữ liệu (DB) chương trình để lưu trữ dữ liệu cho các khối mã. Tất cả các khối chương trình đều có thể truy xuất dữ liệu trong một DB toàn cục, nhưng một DB mẫu thì chỉ lưu trữ dữ liệu cho một khối hàm (FB) đặc trưng.
Các dữ liệu được lưu trữ trong một DB sẽ khơng bị xóa khi thực thi của khối mã có liên quan kết thúc.
4.3. Hệ thống động cơ Step
4.3.1. Động cơ Step là gì
Step Motor là một loại động cơ chạy bằng điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của roto có khả năng cố định roto vào các vị trí cần thiết.
Phân loại
- Phân loại động cơ Step theo số pha động cơ.
+ Động cơ Step 2 pha tương ứng với góc bước 1.8 độ. + Động cơ Step 3 pha tương ứng với góc bước là 1.2 độ.
THIẾT KẾ MƠ HÌNH GIÁM SÁT VÀ SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG BÁNH IN QUA WEB SERVER
SVTH: Nguyễn Phước Hội, Bùi Văn Châu GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 35
+ Động cơ Step 5 pha với góc bước là 0.72 độ. - Phân loại động cơ bước theo rotor.
+ Động cơ có rotor được tác dụng bằng dây quấn hoặc nam châm vĩnh cữu.
+ Động cơ thay đổi từ trở. Đây là loại động cơ có rotor khơng được tác động nhưng có phần tử cảm ứng.
- Phân loại theo cực của động cơ. + Động cơ đơn cực.
+ Động cơ lưỡng cực.
Cấu tạo
- Rotor là một dãy các lá nam châm vĩnh cữu được xếp chồng lên nhau một cách cẩn thận. Trên các lá nam châm này lại chia thành các cặp cực xếp đối xứng nhau.
- Stato được tạo bằng sắt từ được chia thành các rãnh để đặt cuộn dây.
Nguyên lý hoạt động
- Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, Step motor quay theo từng bước một nên nó có độ chính xác cao về mặt điều khiển học.
- Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử. Các mạch điện tử sẽ đưa các tín hiệu của lệnh điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định.
- Tổng số góc quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.
Ưu điểm
- Step Motor có ưu điểm là khả năng cung cấp moment xoắn cực lớn ở dải vận tốc thấp và trung bình.
- Một động cơ bước trên thị trường khá bền, giá thành cũng tương đối thấp.
- Việc thay thế cũng khá dễ dàng
Nhược điểm
- Step Motor hay xảy ra có hiện tượng bị trượt bước. Lí do bởi vì lực từ yếu hay nguồn điện cấp vào khơng đủ.
- Khi hoạt động thì Step Motor thường gây ra tiếng ồn và có hiện tượng nóng dần.
SVTH: Nguyễn Phước Hội, Bùi Văn Châu GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 36
Hình 4.8 Sơ đồ đấu dây PLC-DC Step-Driver
4.3.2. Khai báo phần cứng cho động cơ
Chọn tính tính hiệu kích xung cho động cơ và chiều quay
THIẾT KẾ MƠ HÌNH GIÁM SÁT VÀ SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG BÁNH IN QUA WEB SERVER
SVTH: Nguyễn Phước Hội, Bùi Văn Châu GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 37
Đặt độ phân giải xung thích hợp để động cơ hoạt động tối ưu nhất
Hình 4.10 Chọn xung cho Step
Tốc độ phát xung tối thiếu, tối đa của động cơ trong một giây và gia tốc start, stop của dộng cơ
SVTH: Nguyễn Phước Hội, Bùi Văn Châu GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 38
THIẾT KẾ MƠ HÌNH GIÁM SÁT VÀ SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG BÁNH IN QUA WEB SERVER
SVTH: Nguyễn Phước Hội, Bùi Văn Châu GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 39
CHƯƠNG 5: WEB-SEVER TRÊN PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀN VISUAL STUDIO CODE
5.1. Giới thiệu về ứng dụng Web Server trên PLC S7-1200
Công nghệ ngành tự động hiện nay phát triển mạnh bằng việc kết hợp với công nghệ Internet, các kỹ sư có thể truy cập trực tiếp tới hệ thống qua Internet. Trong suốt quá trình thử nghiệm và giai đoạn vận hành, kỹ sư muốn có khả năng truy cập linh hoạt đến CPU, dữ liệu CPU có thể được hiển thị trong suốt quá trình vận hành cho mục đích chuẩn đốn lỗi.
Do cơ chế truy cập qua Internet, nó thì hợp lý cho việc sử dụng những tiêu chuẩn đã có sẵn, ví dụ như trình duyệt tiêu chuẩn đã có sẵn (Standard web pages) và một số ngơn ngữ phổ biến như HTML (Hypertext Markup Language) hay JavaScript để tạo cho mình một trang web riêng để kết nối và giám sát PLC.
Hình 5.1 Cơ chế truy cập Webserver qua Internet
SIMATIC CPU với giao diện PROFINET cung cấp cơ hội để truy cập tới các biến.
Việc truy cập đến máy chủ web của CPU thơng qua một trình duyệt web. Việc thêm vào cơ chế tiêu chuẩn của trang web như trang định nghĩa, trang chuẩn đoán trạng thái modulo, trang truyền thông, trang trạng thái các biến và nhật ký dữ liệu, và
SVTH: Nguyễn Phước Hội, Bùi Văn Châu GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 40
thể sử dụng các chức năng được cung cấp với HTML, CSS và Java Script.
Hình 5.2 Cấu trúc một Web Server [4]
Việc thêm vào 1 cú pháp lệnh đặc biệt (lệnh AWP) để kết nối trực tiếp với CPU. Sơ đồ sau đây cho bạn cái nhìn tổng quan về giải pháp thực hiện:
Những thuận lợi và lựa chọn những ứng dụng sử dụng webserver:
- Thông qua việc truy cập các tính năng thơng qua các trình duyệt web khác nhau, dữ liệu kiểm sốt có thể được hiển thị và điều khiển ở một mức độ hạn chế, bởi bất kỳ máy tính hoặc một thiết bị có thể truy cập web mà không cần cài đặt thêm phần mềm.
- Một ưu điểm khác là việc sử dụng toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng của nhà máy mà không cần thêm thiết bị phần cứng nào, ví dụ như mỗi nơi của nhà máy nơi mà có thể truy cập mạng được, thì có thể truy cập vào bộ điều khiển tương ứng.
- Có thể tính tốn, chuẩn đốn, hay điều khiển CPU ở một khoảng cách lớn hoặc thiết bị điện thoại di động.
THIẾT KẾ MƠ HÌNH GIÁM SÁT VÀ SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG BÁNH IN QUA WEB SERVER
SVTH: Nguyễn Phước Hội, Bùi Văn Châu GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 41
- Tuy nhiên, do khó khăn ở việc xác định thời gian trễ của ứng dụng web, nên việc sử dụng webserver thì khơng phải mà một sự thay thế hoàn chỉnh cho việc vận hành và giám sát hệ thống, và không thể thay thế được cho hệ thống HMI.
5.2. USER-DEFIED WEB PAGES
Web Server S7-1200 cũng cung cấp các phương thức cho bạn tạo ra các ứng dụng cụ chính bạn- các trang HTML cụ thể, dữ liệu chặt chẽ từ PLC. Bạn tạo ra các trang này sử dụng soạn thảo HTML của bạn lựa chọn và download chúng đến CPU nơi mà chúng được truy cập từ thanh menu trang Web tiêu chuẩn. Quá trình xử lý liên quan đến 1 vài thao tác sau:
Tạo các trang HTML với soạn thảo HTML, như là Microsoft Frontpage.
Bao gồm các lệnh AWP trong các lời chú thích HTML trong mã HTML Các lệnh AWP được thiết lập cố định các lệnh mà Siemens cung cấp để truy cập thông tin CPU.
Cấu hình STEP 7 để đọc và xử lý các trang HTML. Tạo ra các khối từ các trang HTML.
Chương trình STEP 7 để điều khiển sử dụng các trang HTML. Biên dịch và download các khối đến CPU.
Truy cập các trang WEB do người dùng định nghĩa từ PC của bạn. Q trình này được minh hoạ phía dưới:
SVTH: Nguyễn Phước Hội, Bùi Văn Châu GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 42
Hình 5.4 Bật chức năng web server trên phần mềm
Trước khi bật các trang do người dùng xác định trong PLC, chúng ta cần tạo tệp HTML cho trang người dùng của mình. Tạo một tệp văn bản có tên “index.htm” và lưu nó vào một thư mục trên máy tính của bạn (tức là “C: \ UserPages” ).
THIẾT KẾ MƠ HÌNH GIÁM SÁT VÀ SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG BÁNH IN QUA WEB SERVER
SVTH: Nguyễn Phước Hội, Bùi Văn Châu GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 43
Để bật các trang người dùng, hãy điều hướng đến cấu hình thiết bị -> Máy chủ web -> Trang web do người dùng xác định. Đặt Thư mục HTML thành thư mục bạn đã tạo và trang HTML mặc định cho tệp bạn đã tạo. Sau đó nhấp vào Tạo khối để biên dịch trang người dùng:
Hình 5.6 Gọi file HTML vào chương trình PLC
SVTH: Nguyễn Phước Hội, Bùi Văn Châu GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 44
Hình 5.7 Các Data Block được tạo từ file HTML
Khi nhấp vào nút “Tạo khối”, trình biên dịch sẽ lấy tất cả các tệp này và sao chép từng byte vào một mảng trong phần tử của các khối dữ liệu Fragment. DB Fragment đầu tiên bắt đầu từ DB334. Một mảng được xác định kích thước cho mỗi tệp.
THIẾT KẾ MƠ HÌNH GIÁM SÁT VÀ SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG BÁNH IN QUA WEB SERVER
SVTH: Nguyễn Phước Hội, Bùi Văn Châu GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 45
Cách mỗi byte từ tệp được đóng gói vào mảng:
Hình 5.9 Mã hóa file HTML trong PLC
Khi thêm nhiều tệp vào thư mục thì có thể vượt q số byte tối đa có thể chứa trong một khối dữ liệu, khi điều này xảy ra, một khối dữ liệu tuần tự khác sẽ được tạo. Bao gồm tệp HTML, JavaScript, tệp CSS và thậm chí cả tệp hình ảnh. Tất cả chúng sẽ được chuyển đổi thành các đoạn khối dữ liệu:
SVTH: Nguyễn Phước Hội, Bùi Văn Châu GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 46
<a> … </a> Lệnh để thêm 1 link vào trang web