Tại việt nam hiện có rất nhiều phiên bản của bộ phần mềm gốc của Step7. ðang ñược sử dụng nhiều nhất là phiên bản (version) 4.2, 5.0, 5.1, 5.2, 5.3. Trong khi phiên bản 4.2 khá phù hợp cho những PC có cấu hình trung bình (CPU 80586, 90MB còn trống trong ổ cứng, màn hình VGA) nhưng lại ñòi hỏi tuyệt ñối có bản quyền. Trong khi phiên bản 5.0 và 5.1 mặc dù ñòi hỏi máy tính có cấu hình mạnh nhưng lại không ñòi hỏi bản quyền một cách tuyệt ñối, nghĩa là phiên bản này vẫn làm việc ở một mức hạn chế khi không có bản quyền. Phần lớn các ñĩa gốc của Step7 ñều có khả năng tự cài ñặt chương trình (autorun). Bởi vậy chỉ cần cho ñĩa vào ổ CD và thực hiện theo ñúng chỉ dẫn hiện trên màn hình. Ta có thể chủ ñộng thực hiện việc cài ñặt bằng cách gọi chương trình Setup.exe có trên ñĩa. Công việc cài ñặt, về cơ bản không khác nhiều so với việc cài ñặt các phần mềm ứng dụng khác, tức là cũng bắt ñầu bằng việc chọn ngôn ngữ cài ñặt ( mặc ñịnh là tiếng Anh), chọn thư mục ñặt trên ổ cứng (mặc ñịnh là C:\simens), kiểm tra dung lượng còn lại trên ổ cứng, chọn ngôn ngữ sẽ ñược sử dụng trong quá trình làm việc với Step7 sau này.
Khai báo mã hiệu sản phẩm: mã hiệu sản phẩm luôn ñi kèm với sản phẩm và ñược in ngay trên ñĩa chứa bộ cài Step7. Khi trên màn hình xuất hiện cửa sổ yêu cầu cho biết mã hiệu sản phẩm, ta phải ñiền ñầy ñủ vào tất cả các thư mục của cửa sổ ñó, kể cả ñịa chỉ người sử dụng sau ñó ấn continue ñể tiếp tục.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 48.
Chọn giao diện cho PLC:
Chương trình Step7 ñược cài ñặt trên PC (máy tính cá nhân) hoặc PG (lập trình bằng tay) ñể hỗ trợ việc soạn thảo cấu hình cứng cũng như chương trình cho PLC, tức là sau ñó toàn bộ những gì ñã soạn thảo sẽ ñược dịch sang PLC. Không những thế, Step7 còn có khả năng quan sát việc thực hiện chương trình của PLC. Muốn như vậy ta cần phải có bộ giao diện ghép nối giữa PC với PLC ñể truyền thông tin, dữ liệu.
Step7 có thể ghép nối với PLC bằng nhiều bộ phương thức ghép nối khác nhau như qua Card MPI, qua bộ chyển ñổi PC/PPI, qua thẻ PROFIBUS (CP) nhưng chúng phải ñược khai báo sử dụng.
Ngay sau khi Step7 ñược cài ñặt xong, trên màn hình xuật hiện cửa sổ thông báo cho ta chọn các bộ giao diện sẽ ñược sử dụng.
Các ngôn ngữ lập trình
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 49.
khác nhau, các nhà thiết kế các phần mềm lập trình logic cho PLC sao cho thật gần gũi, dễ nhớ, ñọc logic chương trình ñể nắm bắt ñược hệ thống vận hành các tác vụ sao cho thật ñơn giản, phân tích ñược các quá trình tác vụ ñã và ñang thực thi. Các ngôn ngữ lập trình PLC có thể ñược xây dựng bằng nhiều công cụ mạnh khác nhau, tất cả ñều giúp cho các nhà thiết kế hệ thống cũng như lập trình PLC khai thác triệt ñể các tính năng nâng cao hệ số vận hành trong hệ thống.
Nhìn chung ngôn ngữ lập trình cho các sản phẩm PLC của các hãng có nhiều ñiểm giống nhau. Trong chương trình giới thiệu chủ yếu là ngôn ngữ lập trình cho S7- 300 của Siemens. ðây là sản phẩm thông dụng trên thị trường Việt Nam và trên thế giới. Với các dòng sản phẩm và các hãng khác chương trình chỉ mang tính chất giới thiệu, gợi mở hướng tự nghiên cứu cho sinh viên. Trong ñiều kiện cơ sở vật chất của nhà trường, thiết bị thực hành chỉ có PLC S7-300 của Siemens.
ðối với PLC S7-300 có thể sử dụng 6 ngôn ngữ ñể lập trình: Ngôn ngữ lập trình LAD, Ngôn ngữ lập trình FBD, Ngôn ngữ lập trình STL, Ngôn ngữ lập trình SCL (Structured Control Language), Ngôn ngữ lập trình : S7-Graph, Ngôn ngữ lập trình : S7-HiGraph[12].
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 50.
3.2.2. Lưu ñồ thuật toán ñiều khiển
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 51.
3.2.3. Chương trình ñiều khiển
Chương trình ñiều khiển trong OB1 Chương trình ñiều khiển trên step7:
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 52.
Ngôn ngữ lập trình:
Xem tiếp phần phụ lục
3.2.4. Lập trình ñiều khiển giám sát WinCC
3.2.2.1.Tạo một Project trong WinCC
ðể tạo một Project mới trước hết ta khởi ñộng WinCC, chọn new, bảng
WinCC Explorer xuất hiện, tích chọn Single-project và nhấn OK.[13]
a. Tạo kết nối và các Tag sử dụng.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 53.
Bảng Add new Drive xuất hiện, tích chọn vào thư viện SIMATIC S7 Protocol Suite.chn và nhấn OPEN.
Một kết nối SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE ñược tạo ra, tiếp tục nhấn phải chuột vào MPI chọn New drive connection.
Bảng Connection properties xuất hiện, tích chọn Properties.
Bảng Connection parameter – MPI xuất hiện, ở ñây ta thiết lập các thông số cho cổng MPI như ñịa chỉ trạm Station = 2, thanh chứa ID Segment-ID = 0, Rack Number=0 và SlotNumber = 2. Sau ñó nhấn chọn OK. Như trên hình.
ðể truy cập ñến các vùng nhớ của PLC ta tạo ra các Tag, cách tạo các Tag như sau:
Nhấn phải chuột vào Conection vừa tạo chọn New Tag bảng Tag properties xuất hiện, ở tag General.
- Name: ðặt tên cho Tag.
- Data type: ðịnh dạng dữ liệu cần truy cập có thể là binary, signed 8 bit, unsigned 8 bit, signed 16 bit, unsigned 16 bit…
- Address: ðịa chỉ vùng nhớ cần truy cập, click Select bảng Address properties xuất hiện cho phép người dùng thiết lập các thông số ñịa chỉ, ñộ dài vùng nhớ…
- Nhấn chọn OK ñể kết thúc quá trình tạo Tag b. Tạo một giao diện người dùng.
- Trong Tag Management nhấn phải chuột vào Graphic Designed chọn New.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 54.
WinCC còn hổ trợ người dùng bằng các hình ảnh có sẵn trong thu viện. Trên thanh công cụ chọn View, chọn Library, giữ chuột các ñối tượng cần dùng và kéo ra màn hình Gradphics Designed.
ðể tạo ra các hình ảnh theo ý muốn ta sử dụng công cụ Standard Objects. ðể tạo các I/O Fied hay các nút ấn ta sử dụng công cụ Smart Objects và Window Objects
c. Cài ñặt các thông số khi chạy RUNTIME.
Trên cửa sổ WinCC tích phải chuột vào mục Computer chọn Properties/ Properties bảng Computer properties xuất hiện. Chọn Tab Graphics Runtime, trong mục Window Attributes tích chọn vào ô Title, Maximize, Slider và Status bar như hình dưới.
Nhấn chọn OK ñể lưu các giá trị thay ñổi. Nhấn Activer ñể chạy RUNTIME.
3.2.2.2. Hiển thị các thông số quá trình sản xuất
ðể hiển thị thông số của một quá trình sản xuất ta tiến hành các bước sau: - Tạo vùng dữ liệu lưu trữ với Archieve Wizard
- ðồ thị hiển thị mô tả số liệu của quá trình sản xuất. - Tạo bảng báo cáo.
- Cài ñặt khi chạy RUNTIME
a. Tạo vùng dữ liệu lưu trữ.
Trên cửa sổ WinCC Explorer nhấn phải chuột vào Tag Loging chọn OPEN, bảng Tag Loging xuất hiện.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 55.
Nhấn phải chuột vào Archives chọn Archive Wiziard bảng Creating an archive xuất hiện, ñặt tên cho archive và chọn next.
Nhấn Select và chọn ñến Tag cần thu thập dữ liệu ở SIMATIC S7 PHOTOCOL/ MPI, sau ñó nhấn chọn OK.
b. Tạo ñồ thị và bảng báo cáo giá trị quá trình.
Trên giao diện WinCC Explorer tạo một Gradphics Designe ở cửa sổ
Object palette, chọn Tab Controls, chọn WinCC online trend control bảng
Properties of WinCC xuất hiện cho phép ñặt tên cho ñồ thị, màu nền...
Tương tự cũng từ cửa sổ Object palette, chọn Tab Controls, chọn WinCC online table control bảng Properties of WinCC xuất hiện cho phép thiết lập các thông số cho bảng báo cáo.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 56.
Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. Kiểm tra tín hiệu ñầu vào, ñầu ra của PLC
4.1.1. Cảm biến: (input)
Các cảm biến ño góc(encorder) tại các vị trí ñể ño ñộ dài của cáp ñều ñược lấy nguồn DC-24V từ PLC, khi hoạt ñộng ñã ñưa tín hiệu digital 24V vào các ñầu DI của PLC.
Khảo sát lại ñộ chính xác của encorder khi sử dụng ño ñộ dài: Như tính toán trong phần 3.1.1. Bán kính của puly hướng cáp R = 20mm Chu vi của puly hướng cáp: C = 2πR = 2.3,14.20 = 125.6mm, 1 vòng quay của puly hướng cáp là 125.6mm. Trên puly hướng cáp có khoan 4 lỗ khe sáng, mỗi khe sang tương ứng 1 xung ñiều khiển, vậy phải qui ñổi 1 xung tương ứng với ñơn vị ñộ dài như sau:
1 xung = C/4 = 125.6mm = 31, 4 mm
ðường 1(màu xanh): thể hiện mối quan hệ giữa số xung của encorder vào PLC với chiều dài của cáp chuyển ñộng qua puly theo tính toán.
ðường 2(màu ñỏ): thể hiện mối quan hệ giữa số xung của encorder vào PLC với chiều dài của cáp chuyển ñộng qua puly trên thực tế.
Khi encorder bắt ñầu ño từ 0 ñến 15 xung, tiến hành ñánh dấu ñoạn cáp chạy qua puly hướng cáp: thực nghiệm ño ñược 46cm
Theo tính toán 15 xung tương ứng 47.1 cm Sai lệch: (47.1 - 46)/ 47.1 x 100% = 2.3%
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 57.
Hình 4.1: ñồ thị thực nghiệm ño so sánh với bộño góc encorder
4.1.2. ðiều khiển thuận nghịch ñộng cơ(out put):
Tầu chuyển ñộng tự ñộng hành trình theo tham số ñặt trước.
Tầu dịch chuyển do các ñộng cơ không ñồng bộ 3 pha hoạt ñộng và ñảo chiều khi encorder ñưa tín hiệu digital 24V về DI vào PLC, khi ñếm ñủ số xung ñã ñặt, PLC xuất tín hiệu ñầu ra DO. Bằng thực nghiệm tại mô hình ñã ñiều khiển thuận nghịch ñộng cơ. Các ñộng cơ hoạt ñộng tuần tự theo chương trình ñiều khiển.
4.2. Bài toán tổng thể:
ðiều khiển, giám sát ñược hành trình dịch chuyển của mô hình tầu cuốc HB16 theo các thông số bài toán hành trình trong phần (2.2.3)
Giao diện trên màn hình ñiều khiển:
Khi ñiều khiển giám sát hành trình của Tầu HB16, sau khi ñã kiểm tra sự hoạt ñộng của từng ñộng cơ, của từng cảm biến. tiến hành cho Tầu mô hình hoạt ñộng chạy theo hành trình ñặt trước.
Trên màn hình PC hiện màn hình ñiều khiển giám sát WinCC – Runtime, các ñộng cơ tời ñã ñược thiết kế ở vị trí dễ quan sát nhất và có chú
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 58.
thích ngay bên ñể người ñiều khiển dễ giám sát, các thông số giám sát sẽ hiển thị khi Tầu chuyển ñộng, các encorder hoạt ñộng cho hiện thị trên màn hình.
Khi cho Tầu hoạt ñộng chỉ cần nhấn vào nút start, khi cho Tầu ngừng hoạt ñộng nhấn vào nút stop, hoặc khi cần ñiều chỉnh chạy lại nhấn reset.
Hình 4.2 : Màn hình ñiều khiển giám sát hành trình Tầu cuốc HB16 4.3. Những ưu việt khi áp dụng ñiều khiển giám sát hành trình của Tầu cuốc HB16.
Sự ra ñời của PLC ñã làm thay ñổi hẳn hệ thống ñiều khiển cũng như quan liệm về thiết kế các hệ thống ñiều khiển.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 59.
mạch, nút ấn, cảm biến … ñược nối với ñầu vào của thiết bị PLC. Các phần tử chấp hành như: ñèn báo, rơle, công tắc tơ … ñược nối ñến ñầu ra của PLC tại các ñầu nối.
Chương trình ñiều khiển PLC ñược soạn thảo dưới dạng cơ bản( ngôn ngữ lập trình) ñược nạp vào bộ nhớ bên trong PLC, sau ñó tuần tự thực hiện theo một chuỗi lệnh ñiều khiển ñược xác ñịnh trước. Có thể dừng khẩn cấp bằng tay trong trường hợp có sự cố.
PLC ñược xem như là trái tim trong hệ thống ñiều khiển tự ñộng ñơn lẻ với chương trình ñiều khiển ñược chứa trong nó, PLC thường xuyên kiển tra trạng thái của hệ thống thông qua các tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị nhập ñể từ ñó có thể ñưa ra các tín hiệu ñiều khiển tương ứng ñến các thiết bị.
Với ñề tài: Nghiên cứu giải pháp tự ñộng hành trình tầu cuốc HB16. Hệ thống ñiều khiển sử dụng PLC, giám sát trên phần mềm WINCC có nhiều ưu việt hơn hẳn so với hệ thống ñiều khiển khác:
- Giảm ñược số lượng dây dẫn rất lớn
- Kích thước gọn nhẹ, phù hợp với không gian hẹp - Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp
- Nguồn ñiện ñiều khiển ổn ñịnh, an toàn - Chức năng ñiều khiển thay ñổi dễ dàng - Số lương rơle ít
- Số lương tiếp ñiểm trong chương trình không hạn chế - Thời gian ñiều khiển nhanh
- Hệ thống làm việc với ñộ tin cậy cao - Chi phí cho lắp ñặt ít tốn kém
- Chương trình ñiều khiển dễ thay ñổi, nhập dữ liệu ñiều khiển ngay trên màn hình giám sát.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 60.
cấu thực tế không ñáng kể.
- Chương trình ñiều khiển in ra giấy thuận tiện cho việc bảo chì và sửa chữa hệ thống.
4.4. Những ñánh giá khi áp dụng ñiều khiển giám sát trên mô hình Tầu cuốc HB16.
Sau khi nghiên cứu ñưa ra giải pháp ðiều khiển giám sát cho Tầu cuốc HB16, việc áp dụng vào thực tế ñể ñiều khiển trên Tầu HB16 chưa thực hiện ñược bởi nhiều ñiều kiện chưa thuận lợi: như thời gian, kinh tế, quản lý …
Tác giả ñã nghiên cứu ñể ñiều khiển giám sát trên mô hình thu nhỏ với tỷ lệ 1/10của Tầu HB16 và kết quả cho thấy nhiều khả quan:
- Hành trình dịch chuyển của mô hình Tầu HB16 ñã thực hiện rất sát với hành trình ñã xây dựng, sai số về vị trí là không ñáng kể, ñó là sai số cho phép vì ngay cả khi ñiều khiển bằng tay sai số còn lớn hơn nhiều.
- Hệ thống tời hoạt ñộng nhịp nhàng, chính xác, không ñể thời gian trễ dài, ñiều mà khi ñiều khiển bằng tay hay vấp phải
- Thời gian của hành trình ñược rút ngắn
- ðây là mô hình học cụ giúp giáo viên và sinh viên nâng cao khả năng ứng dụng, áp dụng công nghệ ñiều khiển giám sát trong giảng dạy cà học tập, nghiên cứu, ñặc biệt hỗ trợ trong việc thị phạm giảng dạy về vận hành Tầu cuốc nói chung và Tầu HB16 nói riêng.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 61.
KẾT LUẬN VÀ CÁC ðỀ XUẤT MỞ RỘNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU Tóm tắt, kết luận:
Vấn ñề nghiên cứu khoa học là vấn ñề ñược ñặt lên hàng ñầu trong hệ thống giáo dục, vấn ñề này ñược diễn ra thường xuyên, liên tục và ñược coi là hơi thở của các trường trong hệ thống giáo dục.
ðề tài “Nghiên cứu giải pháp tự ñộng hành trình của Tầu HB16” ñược xuất phát từ thực tế các tầu HB16 hiện vẫn sử dụng các khí cụ ñiều khiển bằng tay rất thô xơ như công tắc xoay, công tắc tơ …. Tuy thời gian nghiên cứu ñề tài chỉ diễn ra trong 1 năm, nhưng qua thời gian ñó bằng sự lỗ lực của bản thân và sự tận tình hướng dẫn của các thày cô, tôi ñã hoàn thành ñề tài