CHƯƠNG III : CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ S7-200 VÀ OPC
3.2. BỘ ĐẾM XUNG TỐC ĐỘ CAO ( HSC: HIGHT SPEED COUNTER).
3.2.6 nghĩa các bit của byte điều khiển khi lập trình cho HSC
Các bit không sử dụng được bỏ qua Byte điều khiển của HSC0
3.2.8 Byte trạng thái và byte điều khiển của HSC3, HSC4, HSC5
3.2.9 Giá trị tức thời, giá trị đặt
Chọn Wizard đọc xung tốc độ cao High Speed Counter
Chọn Mode đọc xung tốc độ cao và loại Counter nào (HC0,HC1…)
Dùng chu kì quét đầu tiên (SM0.1) để gọi chương trình con khởi tạo. Trong chương trình con khởi tạo thực hiện các cơng việc sau đây.
Nạp giá trị cho Byte điều khiển.
Gán bộ đếm với Mode đếm tương ứng dùng lệnh HDEF. Nạp giá trị tức thời.
Nạp giá trị đặt trước.
Gắn chương trình ngắt với sự kiện ngắt dùng lệnh ATCH nếu sữ dụng ngắt.
Cho phép ngắt dùng lệnh ENI.
Chọn bộ đếm để thực thi dùng lệnh HSC.
Lưu ý: Toàn bộ các bước trên đều được thực hiện trong một chương trình con khởi tạo HSC. Việc khởi tạo này chỉ thực hiện một lần, khi nào cần thay đổi giá trị, chế độ làm việc thì mới khởi tạo lại.
3.3
Ngắt là quá trình mà s7 200 dừng chương trình đang thực thi để thực hiện chương trình ngắt khi được u cầu(có sự kiện gây ra ngắt xãy ra). Sau khi thực hiện xong chương trình ngắt thì s7 200 sẽ quay về chương trình đang thực hiện trước khi xãy ra ngắt để thực hiện tiếp
Khi có nhiều yêu cầu ngắt xãy ra đồng thời thì các ngắt sẽ thực hiện theo thứ tự ưu tiên từ ngắt có mức ưu cao nhất đến ngắt có mức ưu tiên thấp nhất.
Thứ tự ưu tiên ngắt như sau:
• Ngắt truyền thơng
• Ngắt vào ra
• Ngắt timer
Các điều kiện ngắt xảy ra sẽ được lưu lại và sắp xếp theo thứ tự
Một chương trình ngắt có thể được gọi bởi nhiêu sự kiện ngắt, Tuy nhiên một sự kiện ngắt thì khơng thể gán cho nhiều chương trình ngắt
Tùy thuộc vào loại CPU mà số lượng ngắt cũng như sự kiện ngắt có khác nhau
3.3.2 Các lệnh sử dụng khi lập trình điều khiển ngắt.
Tất cả các ngắt phải được khởi tạo trước khi làm việc. Việc khởi tạo các
ngắt nên thực thi một lần(SM0.1) trong chương trình, chỉ khi nào cần thay đổi các thơng số trong q trình khởi tạo thì mới khởi tạo lại.
– Xác định ứng dụng và chương trình ngắt
– Phụ thuộc vào từng loại ngắt mà khởi tạo chương trình ngắt – Kích hoạt chế độ ngắt
3.4
hết các ứng dụng của chương trình PLC Siemens nói riêng hay các ứng dụng khác đều cần phải đọc các tín hiệu analog.Tín hiệu analog có thể là tín hiệu từ các cảm biến đo khoảng cách,cảm biến áp suất,cảm biến đo trọng lượng……
3.4.1 Modul EM321:
1.1.1. Giới thiệu về modul EM321:
Số lượng ngõ vào.
Số lượng ngõ vào 4AIW (AIW0,AIW2,AIW4,AIW6). Ngõ vào có thể là điện áp hay dịng điện.
Cách kết nối ngõ vào.
Dãy điện áp ngõ vào và độ phân giải.
Điện áp vào: +10V, +5V, +2,5V,-5V,-2,5V. Dòng điện ngõ vào: 0 đến 20mA.
Độ phân giải: 5uA hay từ 1,25mV đến 2,5mV.
Giá trị số ngõ vào: -32000 đến 32000 hay từ 0 đến 32000.
Các tín hiệu có thể đọc được từ Modul EM231(tuỳ thuộc việc chọn các Switch trên modul):
- Tín hiệu đơn cực ( Tín hiệu điện áp): 0-10VDC, 0-5VDC
- Tín hiệu lưỡng cực (tín hiệu điện áp): -5VDC – 5VDC, -2.5VDC – 2.5VDC
- Tín hiệu dịng điện :0 – 20mA ( có thể đọc được 4-20mA)
Tín hiệu Analog sẽ được đọc vào AIW0,AIW2 tương ứng,tuỳ thuộc vào vị trí của tín
hiệu đưa vào modul.
Modul EM231 có 4 ngõ vào Analog,do vậy vị trí các ngõ vào tương ứng là: AIW0, AIW2, AIW4, AIW6
Tín hiệu analog là tín hiệu điện áp ,tuy nhiên giá trị mà AIW đọc vào không phải là giá trị điện áp ,mà là giá trị đã được quy đổi tương ứng 16bit.
Trường hợp đơn cực : Giá trị từ 0 – 64000 tương ứng với ( 0-10V,0-5V hay 0-20mA)
Trường hợp lưỡng cực : Giá trị từ -32000 – 32000 tương ứng với (-5VDC – 5VDC hay - 2.5VDC – 2.5VDC).
Vídụ :
– Trường hợp đơn cực: giá trị đọc vào của AIW0 = 32000,khi đó giá trị điện áp tương ứng là : (32000x10VDC/ 64000) = 5VDC ( Tầm chọn 0 – 10VDC)
– Trường hợp lưỡng cực : Giá trị đọc vào của AIW0 = 16000,khi đó giá trị điện áp. – Tương ứng là : ( 16000x5VDC/32000) =2.5VDC ( Tầm đo -2.5VDC – 2.5VDC)
Do vậy căn cứ vào giá trị đọc vào của AIW ta có thể dùng quy tắc “tam suất”,từ đó có
thể tính được giá trị điện áp tương ứng.Từ giá trị điện áp ta có thể suy ra giá trị mong muốn.
Thơng thường các tín hiệu Analog đọc vào bao giờ người sử dụng cũng mong muốn
đọc được chính giá trị mong muốn ( Ví dụ: giá trị khối lượng trong đọc đầu cân Loadcell, giá trị áp suất trong đọc tín hiệu từ cảm biến áp suất…..)
Phương pháp đọc Analog trong trường hợp này ta sẽ không cần quan tâm nhiều đến
chế độ đơn cực hay lưỡng cực,mà chỉ cần xác định được 2 điểm,từ đó lập được phương trình đường thẳng ( Giá trị mong muốn đọc theo AIW)
– Ví dụ: Để đọc khối lượng từ đầu cân :Ta xây dựng hàm Khối lượng theo AIW( là tín hiệu đọc vào)
Bước 1: Ta cần xác định 2 điểm: điểm 1: Ta online trên máy tính,đọc giá trị AIW0 là x1,trong trường hợp ở điểm 1 (Điểm 1 là điểm ta đặt quả cân chuẩn 1:có khối lượng m1 lên bàn cân) ,Tương tự ta có thể xác định được điểm 2 ( tương ứng x2 và m2).
Từ đó ta có 2 điểm : Điểm 1 ( x1,m1) , Điểm 2 (x2,m2). Phương trình đường thẳng đi qua 2 điểm 1,2 có dạng:
Đó chính là phương trình khối lượng theo AIW. Ví dụ cụ thể: Điểm 1 (0,0), điểm 2 ( 32000,1000) Phương trình lập:
(X-0/32000-0) = ( Y-0/1000-0) Từ đó suy ra: Y= 1xX/ 32
Vậy : Khối lượng = AIW / 32.
3.4.2 Modul EM232:
1.1.1. Giới thiệu về modul EM232:
Điện áp nguồn: +24V.
Số lượng ngõ ra 4 analog Output. Dãy điện áp ngõ ra -10V,+10V. Dòng điện ngõ ra: 0 đến 20mA.
Giá trị số ngõ ra: -32000 đến 32000 hay từ 0 đến 32000. Độ phân giải: 2,5mV.
1.1.2. Xuất tín hiệu analog qua modul EM232:
Các tín hiệu có thể xuất ra Modul EM232(tuỳ thuộc việc chọn các Switch trên modul): Tín hiệu đơn cực ( Tín hiệu dịng điện): 0-20mA
Tín hiệu lưỡng cực (tín hiệu điện áp): -10VDC – 10VDC Tín hiệu 0 -20mA tương ứng với giá trị 0 – 32000
Tín hiệu -10VDC – 10VDC tương ứng -32000 – 32000
Giá trị xuất ra Modul EM232 được đưa vào ô nhớ AQW tương ứng.
3.5
TỔNG QUAN VỀ OPC
PC Access là phần mềm của Simens đưa ra để hỗ trợ kết nối PLC S7 200 với PC thuận tiện hơn. Nhiệm vụ của PC Access trong đề tài này là tạo thư viện động hổ trợ cho vịệc kết nối PLC với PC, trong đó PC Access đóng vai trị là OPC Server.
3.5.1 OPC supermarket Analogy (tạm dịch: OPC như một siêu thị)
Khái niềm về OPC server và OPC client được liên kết với nhau giống như một siêu thị. Tất cả những thành phần có thể sử dụng đều được thể hiện trên OPC Server, việc lựa chọn này bao gồm tất cả các vùng xử lý dữ liệu đọc và ghi bởi OPC Server.
OPC Client sẽ lựa chọn những Items mà được yêu cầu. OPC Client sẽ đọc và ghi giá trị mới đến những Items yêu cầu thông qua OPC Server
3.5.2 OPC Defined (tạm dịch: Xác định cấu trúc OPC)
Với cấu trúc OPC thì đối tượng OLE được sử dụng như là một đối tượng của Microsoft. Định dạng OLE ban đầu được thể hiện như là một đối tượng nhúng.
COM. COM là một đối tượng chung của hệ thống hoạt động Windows và được điều khiển bên trong bởi một vài đối tượng phần mềm.
(COM (Component Object Model: mơ hình các đối tượng thành phần) là một giao thức chuẩn để giao tiếp giữa các đối tượng cục bộ trên một máy tính nhưng chúng là thành phần của những chương trình khác nhau)
Bằng việc sử dụng COM, OPC Server sẽ trở thành một phần của hệ thống Windows và do đó, OPC Server khơng độc lập về tên file, vị trí lưu trữ và phiên bản.
Để phát triển hơn nữa COM, DCOM thậm trí hỗ trợ những ứng dụng phân tán và cho phép đồng hoạt động giữa các đối tượng phần mềm trên các máy tính khác nhau trong phạm vi một mạng.
OPC cung cấp một cơ cấu để cung cấp dữ liệu từ nguồn dữ liệu và chia sẽ dữ liệu đến bất kỳ ứng dụng khác theo những cách thức tiêu chuẩn. Một nhà cung cấp ngày nay có thể phát triển một Server sử dụng và tối ưu hoá khả năng này để chia sẽ dữ liệu tới nguồn dữ liệu, và bao gồm cả cơ cấu truy cập dữ liệu từ dữ liệu nguồn với hiệu suất cao. Việc cung cấp Server cùng với việc giao diện OPC cho phép bất kỳ Client nào cũng có thể truy cập các thiết bị của OPC.
Mặc dù OPC được thiết kế ban đầu là để truy cập dữ liệu từ mạng Server, nhưng giao diện OPC có thể được sử dụng nhiều nơi trong phạm vị một ứng dụng. Mức truy cập thấp nhất, chúng có thể thu thập dữ liệu từ các thiết bị vật lý ở trong mạng SCADA hoặc DCS hoặc là hệ thống SCADA,DCS trong phạm vi ứng dụng.Kỹ thuật và thiết kế này tạo nên khả năng có thể cấu trúc một OPC Server cho phép các ứng dụng khác có thể truy cập từ nhiều OPC Server khác nhau được cung cấp bởi nhiều nhà cung cấp OPC khác nhau chạy trên những nút mạng khác nhau thông qua một đối tượng .
3.5.3 Ứng dụng của việc giao tiếp OPC
Ứng dụng của giao diện OPC được dựa trên mơ hình Server-Client. Một đối tượng của Server thì cung cấp dịch vụ cho những đối tượng giao tiếp khác thông qua giao diện. Một đối tượng khác sẽ sử dụng các dịch vụ này. Với OPC, một ứng dụng cụ thể có thể nhận ra một OPC Server đang tồn tại trên hệ thống. Có thể địa chỉ hóa một hoăc nhiều Server và yêu cầu dịch vụ mà chúng sẽ cung cấp. Từ vài OPC Client khác nhau có thể truy cập một OPC Server tại cùng một thời điểm, cùng nguồn dữ liệu để sử dụng cho bất kỳ lệnh ứng dụng OPC.
3.5.4 OPC Server
Thành phần OPC phân phối dữ liệu gọi là OPC Server. Các thành phần này thực hiện việc thâm nhập để tồn tại trên hệ thống (máy tính). Một phần dịch vụ, chúng cung cấp thông tin cho các OPC Client từ bất kỳ nguồn dữ liệu nào; có thể là nguồn dữ liệu về phần cứng hay thành phần của một phần mềm. Dữ liêu được thu thập từ giao diện, card bus trường, thiết bị đo hay thiết bị điều khiển.
Mỗi OPC server được gán một tên duy nhất bởi nhà cung cấp để định dạng nó. Theo tiểu chuẩn COM thì cái tên này được định nghĩa như là ProgIDs. Bằng việc xác định ProgIDs, chúng ta có thể định địa chỉ cho OPC Server xác định.
Client. OPC Client có thể được tồn tại như là một phần mềm chuẩn. Những Module phần mềm cịn có thể kết hợp với nhau để tạo nên các hàm cho chính các Client. Để gặp những yêu cầu độc lập trên hệ thống và đạt được những hình thức trình bày tốt nhất có thể, chúng ta có thể viết OPC Client bằng những ngơn ngữ lập trình khác nhau.
3.5.6 Cách thức mà Server và Client làm việc với nhau:
Server và Client truyền thông dựa trên DCOM. Client không truy cập trực tiếp Server nhưng sử dụng thư viện COM. Bằng việc xác định ProgIDs, OPC client có thể định địa chỉ mà mỗi OPC mà nó u cầu.
Hình 2.4: Truyền thơng giữa Server và Client
Đặc tính và cách thức:
Chức năng của OPC Server được xác định bởi giao tiếp của chúng, OPC Client biết được chức năng của OPC Server để yêu cầu và có thể sử dụng những dịch vụ có giá trị. Từ góc nhìn hướng đối tượng, các dịch vụ của OPC Server được thể hiện bởi đặc tính và cách thức. Tất cả OPC Server có đặc tính và cách thức cài đặt cơ bản giống nhau. Nếu một Server không cung cấp nhiều chức năng mở rộng nào thì một Client có thể nhận ra điều đó và phản ứng phù hợp với điều đó. Kết quả là các thành phần của nhà cung cấp khác có thể làm việc với nhau mà khơng có vấn đề gì xảy ra.
Một Client có thể được tạo hoặc xóa đối tượng trên OPC Server thơng qua giao diện OPC. OPC Client tham chiếu tất cả các hàm của Server, và sử dụng cách thức của Server đọc và ghi dữ liệu. Mỗi hàm của Server tương ứng với một lệnh trên Client.
3.5.7 Tên các cấp bậc trong hệ thống:
Khi một đối tượng OPC Server được tạo thì chúng xác định một đường dẫn cấp bậc. OPC Client sẽ sử dụng đường dẫn này để xác định Item, là một phần của Group kết nối tới một Server cụ thể.
CHƯƠNG 4:WINCC FLEXIBLE VÀ HMI 4.1
GIỚI THIỆU VỀ SIMATIC HMI
Sự thông suốt tối đa là điều thiết yếu để người vận hành điều khiển và giám sát quá trình hoạt động trong nhà máy một cách hiệu quả với các thiết bị, máy móc ngày càng hiện đại. Giao diện người máy (Human Machine Interface- HMI) cung cấp một sự tích hợp tồn diện và đa dạng cho người vận hành điều khiển và giám sát các nhiệm vụ.
Ví dụ của những hệ thống SIMATIC HMI là các màn hình điều khiển nhỏ để sử dụng cho thiết bị cấp cao.
Hệ thống HMI miêu tả giao diện giữa người (người vận hành) và quá trình (máy móc/ thiết bị). PLC là đơn vị hiện thời để điều khiển q trình. Vì những lý do đó, có một giao diện giữa người vận hành và WinCC flexible (tại thiết bị HMI) và một giao diện giữa WinCC flexible và PLC. Một hệ thống HMI đảm đương những nhiệm vụ sau:
• Miêu tả q trình:
Quy trình được mơ tả bởi thiết bị HMI. Màn hình trên HMI được cập nhật động. Đây là điều cơ bản trong một quá trình chuyển động.
• Người vận hành điều khiển q trình:
Người vận hành có thể điều khiển q trình bởi cơng cụ GUI. Ví dụ, người vận hành có thể đặt trước giá trị chuẩn của quá trình điều khiển hoặc cài đặt thong số làm việc của động cơ.
• Hiển thị cảnh báo:
Trạng thái giới hạn quá trình được tự động khởi phát báo động. Ví dụ, khi giá trị đặt trước bị vượt quá.
Hệ thống HMI có thể có bản ghi giá trị cảnh báo và quá trình. Trong tương lai, cho phép bạn truy cập dữ liệu quá trình và lấy ra những dữ liệu sản xuất trước đó.
• Ghi chép cảnh báo và giá trị q trình:
Hệ thống HMI có thể có bản thơng báo các cảnh báo và giá trị quá trình. Điều này cho phép bạn in ra dữ liệu sản xuất.
• Quản lý thơng số máy và q trình:
Hệ thống HMI có thể lưu trữ thơng số q trình và máy móc trong cơng thức. Ví dụ, bạn có thể tải những thơng số này trong một đường dẫn của thiết bị HMI tới PLC để thay đổi phiên bản sản xuất.
4.2
GIỚI THIỆU VỀ WINCC FLEXIBLE
WinCC Flexible là phần mềm SCADA được thiết kế bởi hãng Microsoft theo yêu cầu Siemens nhằm phục vụ cho việc giám sát và thu thập dữ liệu trong hệ thống SCADA sử dụng thiết bị của SIEMENS như các PLC S7-200, S7-300, S7-400.
Hình 3.1 WinCC Flexible giám sát PLC
WinCC Flexible rất linh hoạt trong việc giám sát có thể chuyển đổi dễ dàng giữa các kết nối. Giao diện rất thân thiện với người sử dụng, ngoài ra cịn hỗ trợ ngơn ngữ lập trình hướng đối tượng VisualBasic.
Đặc điểm nổi bật nhất của WinCC Flexible so với WinCC SCADA chính là hỗ trợ những tính năng rất mạnh cho việc thiết kế giao diện, thiết lập giao diện cũng như lập trình cho các loại màn hình HMI.
4.3 MỘT SỐ THUỘC TÍNH NỔI BẬT CỦA WINCC FLEXIBLE: 4.3.1 Thiết lập giao thức kết nối:
WinCC Flexible cung cấp các giao thức kết nối giữa HMI và s7-200, s7-300, s7-400. Các kết nối có thể qua PMI, DP, Probifus, Ethernet…..
Kết nối giữa HMI với s7-300 qua Ethernet
Hình 3.5 Thiết lập thơng số kết nối qua Ethernet
Giao thức kết nối Ethernet theo chuẩn IP. Ta chỉ cần khai báo địa chỉ IP cho các phần