Có rất nhiều cách để soạn thảo một chương trình điều khiển PLC như sử dụng các thiết bị chuyên dụng, các thiết bị soạn thảo cầm tay, phần mền trên PC … Bộ công cụ Step 7 là phần mền soạn thảo chương trình trên PC được phát triển bởi hãng Simens. Nhằm hướng đến mục đích nghiên cứu những cái mới nên trong khóa luận này em sử dụng phiên bản Step7 Professional 2010 để giới thiệu.
Khi sử Step 7 để soạn thảo chương trình ta cần chú ý đến 3 vấn đề sau đấy : Cách tạo một dự án mới (new project).
Cách khai báo cấu hình phần cứng như chọn loại CPU, khai báo địa chỉ vào ra, các kết nối Prifibus, MPI …
Cách khai báo các khối như OB, FB, FC, DB … và sử dụng các lệnh cơ bản để soạn thảo chương trình, chạy mô phỏng chương trình.
Trên phần mềm với giao diện được cải tiến thường xuyên và rút kinh nghiệm từ S7- 200, giao diện trở lên linh hoạt hơn.
Nhiều khối hàm lệnh đã được tích hợp sẵn mà ta không cần xây dựng như trên S7-200 như các hàm xử lý tín hiệu tương tự SCALES, UNSCAlSE. . .
Cách tạo một dự án mới.
Sau khi cài đặt phần mền Step 7 thì trên màn hình Desktop suất hiện biểu tượng SIMATIC Manager, ta bấm vào để khởi động phần mền. Để tạo một Project mới ta chọn ‘New Project’ Wizard hay New, để mở Project đã tạo chọn Open
Hình 2. 8: Tạo một Project mới
Chọn Next để chọn loại CPU, sau đó bấm Next để chọn chọn các khối tạo sẵn (mặc định có OB1) và chọn ngôn ngữ lập trình (STL, LAD, FBD)
Hình 2. 10: Chọn Blocks, ngôn ngữ lập trình.
Tiếp tục Next để chọn tên dự án và Finish để hoàn thành.
Hình 2. 12: Soạn thảo chương trình.
Chú ý: Nếu như chỉ thực hiện mô phỏng trên máy tính ta sẽ không quan tâm
nhiều tới cấu hình phần cứng, tuy nhiên khi sử dụng thật trên hệ thống ta cần thiết lập cấu hình phần cứng cho PLC để có sự tương thích giữa phần mềm lập trình cũng như tương thích giữa loại PLC mà ta sử dụng. Như vậy thì ta mới có thể nạp chương trình và chạy trên hệ thống thực.
Chương 3. GIỚI THIỆU VỀ SIMATIC WINCC EXPLORER 3.1. Phần mềm Simatic WinCC Explorer
3.1.1. Giới Thiệu về WINCC
WinCC viết tắt từ Windows Control Center, là một phần mềm của hãng Siemens dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất.
Theo nghĩa hẹp, WinCC là chương trình hỗ trợ cho người lập trình thiết kế các giao diện người và máy – HMI (Human Machine Interface) trong hệ thống SCADA 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 không gặp phải bất kỳ trở ngại nào.
WinCC cung cấp các module chức năng thường dùng trong công nghiệp như: Hiển thị hình ảnh, tạo thông điệp, lưu chữ 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 Win CC, người dùng có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhìu PLC của các hãng khác nhau như Misubisi, Allen Braddly, Siemens,. . . thông qua cổng COM với chuẩn RS-232 của máy tính với chuẩn RS-485 của PLC.
3.1.2. Đặc trưng cơ bản của WIN CC
Win CC 7. 0 Chạy được trên hệ điều hành Microsoft Window XP và Window 7. Do tính chất mới và thường xuyên cập nhập, phát triển nên nó tương thích với nhiều phần mềm chuẩn tạo nên giao diện người máy đáp ứng nhu cầu sản xuất.
Ứng dụng phổ biến nhất của Win CC là tự động hóa quá trình điều khiển giám sát quy trình sản xuất. Khi một hệ thống dùng WinCC để điều khiển thu thập dữ liệu từ quá trình, nó có thể mô phowngr bằng hình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng các chuổi sự kiện. Win CC cung cấp nhiều hàm chức năng phục vụ cho mục đích hiển thị, thông báo bằng đồ họa, xử lý thông tin đo lường, các tham số công thức, các bảng ghi báo cáo,. . . đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày một phát triển và là một trong những chương trình ứng dụng trong thiết kế giao diện người máy HMI, sử dụng phổ cập nhất Việt Nam hiện nay nhờ vào hệ thống trợ giúp của Semen có mát tại nhiều nước trên thế giới.
3.1.3. Các chức năng của WINCC
Sau đây là giao diện chính của WIN CC chúng ta có các danh mục các chức năng của nó:
Hình 3. 1 : Giao diện chính của WINCC
Graphics Designer: Thực hiện các chức năng mô phỏng và họa động qua các
đối tượng độ họa của chương trình WIN CC, Window,OLE,I/O,. . . với nhiều thuộc tính động.
Alarm Logging: Thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các báo cáo trong
khi hệ thống vận hành. Đảm trách về các thông báo nhận được và lưu trữ. Nó chứa các chức năng để nhận các thông báo từ các quá trình, để chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng. Ngoài ra, Alarm Logging còn giúp ta tìm ra nguyên nhân của lỗi. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tag Logging : Thu thập, lưu trữ và nén các giá trị đo dưới nhiều dạng khác nhau. Tag Logging cho phép lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi, chuẩn bị để hiển thị và lưu trữ các dữ liệu đó. Dữ liệu có thể cung cấp các tiêu chuẩn về công nghệ và kux thuật quan trọng liên quan đến trậng thái hoạt động của toàn hệ thống.
Report Desiner: Có nhiệm vụ tạo các thông báo,báo cáo và các kết quả này
User Achivers: Cho phép người dùng lưu dữ liệu từ chương trình ứng dụng và
có khả năng trao đổi với các thiết bị tự động hóa khác. Điều này có nghĩa: Các công thức, thông số trong chương trình WINCC cs thể được soạn thảo lưu trữ và sử dụng trong hệ thống.
WinCC sử dụng bộ công cụ thiết kế giao diện đồ họa mạnh như toolbox, các Control, OLE,. . . được đặt dễ dàng trên giao diện thiết kế. Ngoài ra, để phục vụ công việc giám sát điều khiển tự động WIN CC còn trang bị thêm nhiều tính năng mới mà cá công cụ khác không có như:
Các Control thông qua hệ thống quản trị dữ liệu có thể gắn với một biến theo dõi trạng thái của hệ thống điều khiển. Thông qua đó, tác động đến việc giám sát các trạng thái.
Thông qua hệ thống, thông điệp có thể thực hiện được những hành động tương ứng khi trạng thái thay đổi.
Trong WinCC, ngôn ngữ C-Script được dùng để thao tác giúp cho việc xử lý các sự kiện phát sinh một cách mềm dẻo và linh hoạt. WINCC cho phép người dùng có khả năng truy nhập vào các hàm giao diện chương trình ứng dụng API (Application Program Interface) của hệ điều hành. Ngoài ra, sự kết hợp giữa chương trình WIN CC và các công cụ phát triểu riêng như: Visual C++ hoặc visual basic sẽ tạo ra hệ thống có tính đặc thù cao, tinh vi, gắn riêng với một cấu hình cụ thể nào đó.
Do đó, Win CC là chương trình thiết kế giao diện người máy thật sự cần thiết, không thể thiếu trong các hệ thống có quá trình tự động hóa phức tạp và hiện tại. Việc sử dụng chương trình WIN CC để điều khiển và giám sát hệ thống tự động hóa trong quá trình sản xuất đã cho kết quả điều khiển chính xác.
Từ máy tính trung tâm, có thể điều khiển sự hoạt động toàn bọ dây chuyền sản xuất được lập trình trên Win CC, bạn có thể giám sát tất cả các thiết bị trên dây chuyền. Dựa vào giao diện HMI, có thể giám sát và thu thập dữ liệu vào /ra (I/O) một cách chính xác, hỗ trợ các phương thức xử lý dữ liệu, tổ chức số liệu một cách linh hoạt thông qua kiểu lập trình bằng ngôn ngữ C.
3.1.4. Biến và các kiểu dữ liệu
Tags Win CC là phần tử trung tâm để truy nhập các giá trị quá trình. Trong một dự án, chúng nhận một tên và một kiểu dữ liệu duy nhất. Kết nối logic sẽ được gán với biến WinCC. Kết nối này xác đinh rằng kênh nào sẽ chuyển giao giá trị quá trình cho các biến. Các biến được lưu trong cơ sở dữ liệu toàn dự án. Khi một chế độ của Win CC khởi động, tất cả các biến trong một dự án được nạp và các cấu trúc Run-time tương ứng được thiết lập. Mỗi biến được lưu trữ trong server theo một kiểu dữ liệu chuẩn.
Biến nội: Các biến nội không có địa chỉ trong hệ thống PLC, do đó dữ
liệu bên trong Win CC sẽ cung cấp cho toàn bộ mạng hệ thống (Network). Các biến nội được dùng lưu trữ thông tin tổng quát như: Ngày, giờ hiện hành, lớp hiện hành, cập nhập liên tục.
Hơn nữa, các biến nội còn cho phép trao đổi dữ liệu giữa các ứng dụng để thực hiện việc truyền thông cho cùng quá trình theo cách tập trung tối ưu.
Biến quá trình:Trong WinCC, biến ngoài cũng được hiểu là tag quá
trình. Các biến quá trình được liê kết với truyền thông logic để phản ảnh thông tin về địa chỉ của các hệ thông PLC khác nhau. Các biến ngoài chứa một mục đich tổng quát gồm các thông tin về tên, kiểu, các giá trị giới hạn và một mục chuyên biệt về kết nối mà cách diễn đạt phụ thuộc kết nối logic. Quản lý dữ liệu luôn cung cấp những mục đặc biệt của quá trình cho các ứng dụng trong một mẫu văn bản.
Nhóm biến: Nhóm biến chứa tất cả các biến có kết nối logic lẫn nhau.
3.1.4.2. Các kiểu dữ liệu
Biến phải gán một trong các kiểu dữ liệu sau cho mỗi biến được định cấu hình. Việc gán kiểu dữ liệu cho biến được thực hiện trong khi tạo một biến mới. Kiểu dữ liệu của một biến độc lập với kiểu biến (biến nội hay biến quá trình). Trong WinCC, một kiểu dữ liệu nào đó cũng đều có thể được chuyển đổi thành kiểu khác bằng cách điều chỉnh lại dạng.
Các kiểu dữ liệu (Data types) có trong Win CC: Binary tag: Kiểu nhị phân.
Signed 8-Bit Value: kiểu 8 bit có dấu.
Signed 16-Bit Value:kiểu 16 bit có dấu.
Unsigned 16-Bit Value:kiểu 16bit không dấu.
Signed 32-Bit Value:kiểu 32 bit có dấu.
Unsigned 32-Bit Value:kiểu 32 bit có dấu.
Floating Point Number 32 bit IEEE 745: Kiểu số thực 32 bit
theo tiêu chuẩn IEEE 754.
Floating Point Number 64 bit IEEE 745: Kiểu số thực 64 bit
theo tiêu chuẩn IEEE 754. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Text Tag 8 bit character set: kiểu ký tự 8 bit.
Text Tag 16 bit character set: kiểu ký tự 16 bit.
Raw data type: Kiểu dữ liệu thô.
3.2. Làm việc với một dự án mới
3.2.1. Tạo một dự án mới.
Khởi động chương trình Simatic Win CC Explorer:
Tạo một project mới bằng cách vào File chọn New ta được cửa sổ tạo project mới:
Hình 3. 3: Tạo một New Project
Nhấn OK,giao diện hiển thị phần đặt tên cho dự án mới.
Hình 3. 4: Đặt tên cho dự án
3.2.2. Thực hiện việc chọn PLC và DRIVERS
Chúng ta thực hiện việc chọn PLC và Drivers sử dung cho điều khiển giám sát trên Win CC.
Chọn PLC ta kích chuột phải vào Tag Management chọn Add New Drivers:
Hình 3. 5: Chọn drivers cho PLC
Ta dùng S7-300 nên ta chọn SIMATIC S7 Protocol Suite. chn:
Tiếp theo ta chọn DRIVERS cho dự án:
Kích đúp vào Tag Management tiếp theo kích đúp vào SIMATIC S7 Protocol Suite. chn sau đóta nhấn chuột phải vào cổng kết nối MPI chọn New Driver Connection:
Hình 3. 7: Chọn cổng kết nối.
Đặt tên cho kết nối và nhấn Propeties:
Ta thiết lập thuộc tính cho cổng kết nối, chọn Slot Number là 2 và nhấn OK:
Hình 3. 9: Thiết Lập Slot cho cổng kết nối
Ta được như hình dưới đây :
Nhấn chuột phải vào kết nối và chọn New Group Tag Hoặc New Tag và đặt tên:
Hình 3. 11: Thiết lập nhóm các biến.
Thiết lập các Tags:
Ta thiết lập các thông số của Tags như tên, kiểu dữ liệu, địa chỉ:
Hình 3. 13: Tên và kiểu dữ liệu của biến
Chọn Select để thiết lập địa chỉ:
Ta được tag vừa tạo:
Hình 3. 15: Các biến được tạo thành. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2.3. Thiết kế hệ thống trên Graphics Designer
Chọn Graphics Designer trên giao diện Win CC:
Thực hiện Việc thiết kế trên Giao diện này:
Hình 3. 17: Giao diện thiết kế đồ họa
Trên đây em chỉ giới thiệu qua về cách sử dụng cơ bản với Win CC và PLC cùng với các đặc tính của chúng. Tuy nhiên nếu chỉ tìm hiểu như vậy thì sẽ chưa đủ để lập trình cũng như thiết kế giao diện, tạo hiệu ứng trên WINCC và lập trình trên PLC. Và trong khoảng thời gian nghiên cứu em đã học và sử dụng khá thành thạo chúng. Với nội dung đề tài em không tiện giới thiệu sâu về hai phần mềm và xem như các thầy và các bạn tham khảo đã biết về hai phần mềm này.
Chương 4. XÂY DỰNG HỆ THỐNG MÔ PHỎNG THIẾT BỊ MẠ CHÂN KHÔNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HỒ QUANG
4.1. Thiết kế hệ thống trên WINCC
Sử dụng giao diện Graphics Designer để thiết kế hệ thống thông qua việc tìm hiểu nguyên lý cũng như quan sát thực tiễn em thiết kế được giao diện của hệ thống như sau:
Hình 4. 1: Mô hình hệ thống mạ chân không
Nhấn nút Run-time như trên để tạo thành giao diện màn hình điều khiển, việc nhấn nút Run-time đóng vai trò như xuất ra một hệ thống chạy thật trên giao diện, đồng thời thực hiện việc kết nối với phần mềm mô phỏng PLC đã được bật sẵn. Lúc này các địa chỉ và các mức logic tương ứng với từng thành phần đã được thiết kế và lập trình trên cả hai phần PLC và WINCC sẽ tương tác là một. Hệ thống sẽ hoạt động như một hệ thống tự động có sự điều khiển của PLC.
Hình 4. 2: Hình ảnh Run - Times của hệ thống.
Hình ảnh trên cho ta thấy các thành phần của hệ một cách trực quan . Sau đây là thành phần của hệ điều khiển trên giao diện:
1. Bảng điều khiển hệ thống: Đóng vai trò như một nơi chứa các nút nhấn và đèn báo hiệu để điều khiển.
2. Các bơm:Bơm nước, bơm cơ học(Gồm 2 bơm tương tác với nhau),hệ bơm Turbo phía trên Bơm cơ học.
3. Bồn mạ.
4. Các động cơ :2 động cơ dùng để mở các van (DC VAN VP1, DC VAN VP2),1 động cơ dùng để quay đế trong bộ quay đế.
5. Các cảm biến: gồm có 2 cảm biến nước(CB NUOC 1, CB NUOC 2),2 cảm biến Van (CB VAN VP1, CB VAN VP2), 1 cảm biến cửa bồn (CB BON MA). Hai đầu đo áp suất VG1,VG2.
6. Có 7 đồng hồ: hiển thị nhiệt độ, điện áp nguồn thiên áp đế, điện áp nguồn hồ quang, lượng khí kích thích vào bồn, 2 đồng hồ đo áp suất VG1, VG2.
7. Ngoài ra hệ còn có các thành phần sau: Nguồn thiên áp đế, nguồn hồ quang, hệ nung nhiệt và bình khí công tác.
Sau đây là danh sách các biến được thiết lập trong WINCC đồng thời cũng là các biến, các đối tượng điều khiển được lập trình trong PLC. Trong bảng dưới đây thể hiện danh sách các biến trên WIN CC.
Các biến được tạo thành và có địa chỉ phù hợp với những đối tượng điều khiển trên thực tế cụ thể ở đây phù hợp với các đối tượng cần điều khiển trên giao diện Win CC. Các biến này được sử dụng làm các biến để lập trình trên PLC chúng sẽ có các mức logic, các kiểu dữ liệu như đã quy định trên cả 2 phần mềm. Việc chúng ta tương tác điều khiển chúng sẽ thành công trên cơ sở đặt chính xác các địa chỉ với từng đối tượng.
Hướng dẫn thiết kế các phần tử trong hệ:
Chúng ta sẽ tiến hành thiết kế một phần tử trong hệ, qua đó chúng ta hiểu được