CHƯƠNG 3 : TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
3.3 Tổng quan về hệ SCADA, phần mềm Wincc
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 công 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 - công cụ của tự động hóa đã
33 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 hố sản xuất và q trình.
35 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 q 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 công 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 tồn (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.
37 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
3.4.1 Khái niệm
Pycharm là một nền tảng kết kết hợp được JetBrains phát triển như một IDE (Môi trường phát triển tích hợp) để phát triển các ứng dụng cho lập trình trong Python. Một
39 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 hoàn 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 bộ mã nguồn.
Tái cấu trúc
- Sử dụng Pycharm có lợi thế là thực hiện các thay đổi hiệu quả và nhanh chóng đối với cả biến cục bộ và biến toàn cục.
- Tái cấu trúc trong Pycharm cho phép các nhà phát triển cải thiện cấu trúc bên trong mà khơng thay đổi hiệu suất bên ngồi của mã.
- Nó cũng cho phép phân chia các lớp với các chức năng mở rộng hơn.
3.4.3 Hướng dẫn sử dụng Pycharm
Hình 3. 21 Giao diện Pycharm
Ở bên trái, bạn có thể xem tất cả các dự án mà bạn đang làm việc. Nếu đây là lần đầu tiên bạn sử dụng Pycharm, thì cột bên trái sẽ hiển khơng hiển thị gì.
Để tạo một dự án mới trong Pycharm nhấp vào tab Create New Project.
41 Bạn có thể thiết lập các trình thơng dịch Python của mình theo ý muốn. Ngay sau bước này, bạn có thể bắt đầu lập trình trên Pycharm.
Hình 3. 23 Lập trình trong Pycharm
Kết luận: Pycharm là một IDE Python tiện lợi dễ sử dụng cho các nhà phát triển.
Chương 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
4.1 Sơ đồ khối.
Hình 4. 1 Sơ đồ khối
Đối với đề tài của nhóm, chúng tơi xây dựng mơ hình theo 5 khối tương ứng với sơ đồ khối. Mỗi khối trong sơ đồ sẽ đảm nhiệm một chức năng khác nhau, tương ứng với từng loại thiết bị:
➢ Khối nguồn: có chức năng cấp nguồn cho các thiết bị hoạt động, cụ thể sử dụng nguồn 24VDC.
➢ Phần mềm giám sát: cụ thể là WINCC trên phần mềm TIA PORTAL V16 có chức năng điều khiển và giám sát hệ thống trên máy tính.
➢ Khối xử lý trung tâm (PLC): có chức năng xử lý tín hiệu, điều khiển các cơ cấu chấp hành. Đây là khối quan trọng nhất trong hệ thống mà nhóm xây dựng.
➢ Khối nút nhấn, ngõ vào ra tác động: Có chức năng thực thi các yêu cầu điều khiển bằng tay, các yêu cầu nhận được từ khối xử lý trung tâm (PLC), cụ thể gồm các cảm biến, xi lanh, băng tải…
➢ Khối tín hiệu hình ảnh từ camera: có chức năng nhận biết mã vạch, cụ thể sử dụng PC camera để nhận biết mã vạch được thiết lập sẵn.
43
4.2 Lưu đồ thuật tốn.
45 Hình 4. 4 Lưu đồ thuật tốn đọc mã vạch
4.3 Bảng phân công vào ra.
STT Tên biến Địa chỉ Mô tả
1 Cảm biến đầu I0.0
2 Cảm biến cuối I0.1
3 Start I0.2
4 Stop I0.3
Bảng 4. 1 Bảng phân công đầu vào
STT Tên biến Địa chỉ Mô tả
1 Băng chuyền Q0.0
2 Xi lanh đầu Q0.1
3 Xi lanh cuối Q0.2
4.4 Giãn đồ thời gian.
Hình 4. 5 Giãn đồ thời gian.
4.5 Sơ đồ kết nối.
Hình 4. 6 Sơ đồ kết nối
4.6 Chương trình điều khiển
Các tập lệnh sử dụng
Tiếp điểm thường hở:
47 Toán hạng n: I, Q, M, L, D.
Tiếp điểm thường đóng:
Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ là n bằng 0. Toán hạng n: I, Q, M, L, D.
Timer – TOR:
Tín hiệu đầu vào IN là tín hiệu cho phép Timer hoạt động, khi tín hiệu IN mất Timer sẽ được Reset lại từ đầu.
Tín hiệu đầu ra Q = 1 sau khi đầu vào IN được duy trì trong khoảng thời gian PT. Sau khoảng thời gian PT thì đầu ra Q phục thuộc vào đầu vào IN.
Lệnh so sánh:
S7 1200 cung cấp tất cả các lệnh so sanh dành cho các kiểu dữ liệu: INT, DINT, DWORD, REAL …
Kiểu so sánh Ý nghĩa:
== Nếu IN1 = IN2 thì kết quả là 1 <> Nếu IN1 <> IN2 thì kết quả là 1 >= Nếu IN1 ≥ IN2 thì kết quả là 1 <= Nếu IN1 ≤IN2 thì kết quả là 1 > Nếu IN1 > IN2 thì kết quả là 1 < Nếu IN1 < IN2 thì kết quả là 1
Khi thực hiện lệnh so sánh thì IN1 và IN2 phải cùng kiểu dữ liệu.
Lệnh Move:
Move hoạt động khi EN lên 1 thì sẽ thực hiện sao chép giá trị từ IN sang OUT. Vùng nhớ mà lệnh MOVE có thể tác động ba gồm: SInt, Int, DInt, USInt, UInt, UDInt, Real, LReal, Byte, Word, DWord, Char, Array, Struct, DTL, Time.
Giá trị bố đếm CV được tăng lên 1 khi tin hiệu ngõ vào CU chuyên 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 CV = 0.
Lệnh CTUD: counter đếm lên xuống
Mô tả chi tiết lệnh đếm lên xuống trên plc siemens s7-1200 CU là ngõ vào đếm lên
CD là ngõ vào đếm xuống
R là chân reset khi chân này chuyển từ 0=>1 thì giá trị bộ đếm về 0. LD là chân reset về giá trị PV
QU on lên 1 khi giá trị đếm bằng giá trị PV QD on lên 1 khi giá trị đếm =0
49 Lệnh:
Chức năng: tương tự như timer on delay tuy nhiên khi ngõ IN chuyển xuống 0 thì giá trị timer vẫn giữ và khi IN lên 1 thì tiếp tục đếm từ giá trị này. Lệnh này có thêm ngõ vào R để reset timer.
Mơ tả ví dụ: khi M0.0 chuyển từ 0=>1 thì timer bắt đầu đếm cho đủ 10s sau đó ON Q0.0. Nếu trong q trình chưa đủ 10s mà M0.0 bị chuyển về 0 thì giá trị timer lưu lại và để lần sau đếm tiếp.
Lưu ý: khi sử dụng timer các bạn cần phải tham khảo giới hạn bộ nhớ trong từng cpu để không sử dụng quá giới hạn bộ nhớ timer.
4.7 Thiết kế giao diện WinCC
4.8 Thi công hệ thống.
4.8.1 Thiết kế tủ điện.
Hình 4. 8 Măt trọng của tủ điện
51
4.8.2 Thiết kế băng chuyền.
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN CỦA ĐỀ TÀI.
Sau thời gian làm đồ án tốt nghiệp dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của GV hướng dẫn ThS Võ Khách Thoại, đến nay em đã hồn thành đồ án của mình với tên đề tài “Ứng
dụng PLC S7-1200 điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch, điều khiển và giám sát qua WinCC”. Nội dung chính của đồ án bao gồm :
➢ Phần kiến thức:
- Tìm hiểu về bộ điều khiển lập trình PLC S7-1200 của hãng Siemens. - Tìm hiểu về quy trình cơng nghệ phân loại hàng hóa theo mã vạch. - Tìm hiểu về máy đọc mã vạch và các loại cảm biến liên quan. - Thiết kế mạch kết nối và điều khiển trên WINCC
➢ Phần thiết kế thi công:
- Xây dựng quy trình cơng nghệ phân loại sản phẩm theo mã vạch. - Xây dựng mô hình cơ khí.
- Thiết kế, gia cơng chi tiết các hệ thống trên mơ hình. - Xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ điện hệ thống.
- Viết chương trình điều khiển hệ thống phân loại theo mã vạch.
Trong nội dung đồ án , em đã thiết kế hệ thống điều khiển thành cơng mơ hình “Ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch, điều
khiển và giám sát qua WinCC”. Tuy nhiên đồ án này vẫn do hạn chế kiến thức thực tế