1. Đặt vấn đề:
2.4.5.Màn hỡnh giao tiếp HIM
- Màn hỡnh giao tiếp với người dựng, hay cũn gọi là HMI (Human Machine Interface) là thiết bị thực hiện giao tiếp giữa người dựng với mỏy bằng cỏch hiển thị, cho phộp truy cập, điều khiển cỏc ngừ vào, ngừ ra, cỏc ụ nhớ…. trờn PLC dưới một hỡnh ảnh, định danh quen thuộc với người dựng.
- Một số cỏc loại mới, ngoài cỏc chức năng kể trờn cũn tớch hợp luụn chức năng lập trỡnh cho PLC.
- HMI giao tiếp với PLC thụng qua cỏp lập trỡnh.(xem hỡnh 2.16)
- Cỏc loại HMI cú nhiều dạng: Màn hỡnh văn bản, Màn hỡnh đồ họa, Màn hỡnh mỏy tớnh cỏ nhõn.
- Để thực hiện giao tiếp giữa người và mỏy và để hiển thị được quy trỡnh hoạt động thiết bị trờn màn hỡnh HMI, người ta dựng cỏc phần mềm riờng biệt để thiết kế HMI vớ dụ như : Protool, WinCC, Citect …. Hoặc chỉ đơn giản là sự kết hợp giữa phần mềm lập trỡnh cú khả năng giao tiếp với phần cứng mỏy tớnh.
- HMI cú thể là led đơn, led 7 đoạn, màn hỡnh hiển thị text (Text Display), màn hỡnh của người điều khiển (Operator Panel), màn hỡnh cảm ứng (TP – Touch Panel), PC hay là sự kết hợp giữa thiết bị lập trỡnh bằng tay và giao tiếp người dựng.
Hỡnh 2.19: Màn hỡnh giao tiếp HIM
Hỡnh 2.20: Kết nối HIM với PLC 2.3.6. Thiết bị lập trỡnh
- Là thiết bị cho phộp ta viết chương trỡnh điều khiển và truyền xuống cho PLC.
- Thiết bị lập trỡnh bao gồm: Thiết bị lập trỡnh bằng tay, mỏy tớnh lập trỡnh đặc biệt hoặc mỏy tớnh thường kết hợp với phần mềm lập trỡnh (hỡnh 2.21,2.22,2.23)
Hỡnh 2.22: Thiết bị lập trỡnh chuyờn dụng
Hỡnh 2.23: Thiết bị lập trỡnh bằng mỏy tớnh sử dụng phần mềm.
2.3.7. Thiết bị chấp hành (thiết bị xuất)
a. Khỏi quỏt:
Thiết bị chấp hành (Actuator): là thiết bị chuyển tớn hiệu điện điều khiển thành tớn hiệu vật lý gồm: (cỏc loại chuyển động, chuụng kờu, ỏnh sỏng,………….)
b)Cơ cấu chấp hành:
Relay trung gian
Mục đớch: Giao tiếp cụng suất.
Yờu cầu điều khiển: Đúng mở tiếp điểm.
Tớn hiệu điều khiển: Tựy theo loại, tớn hiệu logic 1/0 mức ỏp (5VDC,12VDC, 24VDC;120AC, 240VAC)
Relay thời gian
Mục đớch: Được sử dụng làm chậm việc đúng mở cỏc tiếp điểm.
Tớn hiệu điều khiển: Tựy theo loại, tớn hiệu logic 1/0 mức ỏp (5VDC, 12VDC, 24VDC; 120AC, 240VAC)
Solenoid
Mục đớch : Dựng cơ cấu lừi và cuộn dõy để chuyển tớn hiệu điện (logic) thành chuyển động thẳng.
Yờu cầu điều khiển: Đúng mở.
Tớn hiệu điều khiển: Tựy theo loại, tớn hiệu logic 1/0 mức ỏp (5VDC, 12VDC, 24VDC;120AC, 240VAC).
Động cơ DC
Mục đớch: Chuyển điện ỏp DC để chuyển thành chuyển động quay. Tốc độ quay tựy theo điện ỏp trung bỡnh đặt vào cuộn dõy.
Yờu cầu điều khiển: Đảo chiều (thay đổi cực tớnh), thay đổi tốc độ động cơ (thay đổi ỏp hoặc thay đổi tốc độ điều khiển).
Tớn hiệu điều khiển: Là chuỗi xung DC, trong đú độ rộng từng xung được điều chỉnh để thay đổi tốc độ động cơ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Động cơ Servo (Servo motor)
Mục đớch: Điều khiển cỏc loại động cơ Servo sử dụng driver.
Yờu cầu điều khiển: Định vị, quay đảo chiều, thay đổi tốc độ động c ơ.
Tớn hiệu điều khiển: Tớn hiệu điều khiển là tớn hiệu DC cú điều chỉnh độ rộng xung.
Động cơ AC khụng đồng bộ 3 pha
Mục đớch: Chuyển tớn hiệu điện thành chuyển động quay (cụng suất lớn hơn động cơ AC một pha). Được sử dụng rộng rói do đơn giản, bền, dễ sử dụng, cụng suất lớn.
Yờu cầu điều khiể : Điều khiển khởi động, cú tải nặng, đảo chiều quay, điều khiển tốc độ.
Van thủy lực
Mục đớch: Điều khiển đúng mở van; Điều khiển lưu lượng thủy lực bằng van tuyến tớnh.
Yờu cầu điều khiển: Đúng mở nhanh, đúng mở từ từ.
Tớn hiệu điều khiển: Đúng mở (logic), Điều chỉnh (analog) Đốn bỏo nhấp nhỏy
Mục đớch: Phỏt sỏng khi nhận tớn hiệu. Chuụng bỏo
2.3.8. So sỏnh với cỏc hệ thống điều khiển khỏc
Bảng 2.1: Bảng so sỏnh cỏc hệ thống thường dựng
Chỉ tiờu so sỏnh Rơle Khụng tiếp điểm PLC
Giỏ thành từng chức năng. Khỏ thấp Thấp Thấp Kớch thước vật lý Cồng kềnh Rất gọn Rất gọn Tốc độ vật lý Chậm Nhanh Nhanh Khả năng chống nhiễu. Khỏ tốt Tốt Tốt Lắp đặt Mất thời gian thiết kế và lắp đặt Mất thời gian thiết kế Lập trỡnh và lắp đặt đơn giản
Khả năng điều khiển tỏc vụ phức tạp
Khụng Cú Cú
Dễ thay đổi điều khiển Rất khú Khú Khỏ đơn giản Cụng tỏc bảo trỡ Kộm cú nhiều cụng tắc Kộm nếu IC hàn bị Tốt cỏc Module được tiờu chuẩn húa
2.3.9. Bộ điều khiển S7-300
Cỏc thụng số của Module CPU họ 31x.
Bảng 2.2: Bảng thụng số Module CPU bỡnh thường
Loại CPU 313 CPU 313 CPU 313
Bộ nhớ chớnh 12K 24K 48K Số khối 128FC 128FB 127DB 128FC 128FB 127DB 192FC 192FB 255DB Thời gian xử lý 1K lệnh 0.6 ms 0.3 ms 0.3ms Bớt nhớ 2048 2048 2048 Bộ đếm 64 64 64 Bộ thời gian 128 128 128 Số module 8 8 8 Số CC/CE 1/0 1/3 1/3 Số đầu vào/ra 256 1024 1024 Số đầu vào/ra tương tự 64/32 256/128 256 hoặc 128 ụ tập trung
Giao diện truyền thong
Giao diện kết nối và làm việc.
Hỡnh 2.24: Giao diện kết nối và làm việc của CPU S7 300. í nghĩa của cỏc đốn tớn hiệu:
SF: (đỏ) Lỗi phần cứng hay phần mềm. BATF: (đỏ)Lỗi pin nuụi.
DC5V: (xanh lỏ cõy)Nguồn 5V bỡnh thường. FRCE: (vàng) Yờu cầu lực tớch cực.
RUN: (xanh lỏ cõy) CPU mode RUN;LED:chớp lỳc start-up W.1 Hz, mode HALT 0.5 Hz. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
STOP: (vàng) CPU mode STOP hay HALT hay start-up ; LED chớp khi bộ nhớ yờu cầu reset.
BUSF: (đỏ) Lỗi phần cứng hay phần mềm ở giao diện PROFIBUS. Khe cắm thẻ nhớ Giao diện truyền thụng MPI Giao diện truyền thụng Profibus DP Đầu nối nguồn Đốn bỏo trạng thỏi và lỗi Khúa chọn Mode Chỗ đặt pin nuụi Đốn bỏo trạng thỏi và lỗi cho cổng truyền thụng DP
Module mở rộng
Cỏc Module mở rộng được chia làm 5 loại chớnh: 1: PS (Power Supply): Modulenguồn nuụi cú 3 loại 2A,5A,10A
Hỡnh 2.25: Sơ đồ bố trớ một trạm PLC S7 300
2: SM: Module mở rộng cho cổng tớn hiệu vào ra, bao gồm: a) DI (Digital input).
b) DO (Digital output).
c) DI/DO: (Digital input/ Digital output. d) AI (Analog Input.
e) AO (Analog ouput.
f) AI/AO (Analog input/Analog output).
3: IM (Interface Modulee): Module ghộp nối. Đõy là loại Modulechuyờn dụng cú nhiệm vụ nối từng cỏc Module mở rộng lại với nhau thành một khối.
4: FM (Function Module): Module cú chức năng điều khiển riờng.Vớ dụ Module điều khiển Động cơ bước, Module điều khiển động cơ Servo, Module PID.
5: CP (communication Module): Module phục vụ truyền thụng trong mạng giữa cỏc PLC với nhau hoặc giữa PLC với mỏy tớnh.
2.3.10. Một số kỹ thuật lập trỡnh
Phương phỏp lập trỡnh
Dựng STL (Statement List)
Là phương phỏp lập trỡnh theo dạng dũng lệnh giống như ngụn ngữ Assemply, thớch hợp cho ngành mỏy tớnh (hỡnh 2.23).
Hỡnh 2.26: Network làm việc của phương phỏp STL
-Cho phộp ta tạo cỏc chương trỡnh điều khiển bằng cỏch đưa vào cỏc từ gợi nhớ về lệnh. Cỏc điểm chớnh cần quan tõm khi sử dụng trỡnh STL :
- Thớch hợp cho cỏc lập trỡnh viờn cú kinh nghiệm (với PLC và lập trỡnh logic).
- Cho phộp ta giải quyết những vấn đề mà khụng thể giải quyết bằng LAD hay FBD.
Dựng LAD (Ladder Diagram) :
-Là phương phỏp lập trỡnh hỡnh thang, thớch hợp trong ngành điện cụng nghiệp (hỡnh 2.24).
- Cho phộp ta xõy dựng chương trỡnh giống sơ đồ nối dõy điện (sơ đồ relay). Cỏc điểm chớnh cần quan tõm khi dựng trỡnh LAD:
- Dễ dàng cho người mới lập trỡnh sử dụng. - Dễ hiểu, thụng dụng.
- Cú thể dựng LAD cho cả Tập lệnh SIMATIC và IEC1131-3.
Dựng FBD (Function Block Diagram)
- Là phương phỏp lập trỡnh theo sơ đồ khối, thớch hợp cho ngành điện tử số.
Hỡnh 2.28: Network làm việc của phương phỏp FBD
Cho phộp ta xõy dựng giống như sơ đồ cỏc cổng logic thụng thường. FBD cú cỏc lệnh tương đương biểu diễn bằng cỏch nối cỏc hộp logic với nhau. Ngừ ra của lệnh này cú thể nối (cho phộp) lệnh khỏc để tạo ra logic điều khiển cần thiết. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Một số ngụn ngữ lập trỡnh cơ bản của S7 300
Cỏc tập lệnh cơ bản :
Kớ hiệu: KQ Là kết quả thu được sau phộp tớnh. KT là kết quả trước phộp tớnh.
1.Thanh ghi trạng thỏi
Khi thực hiện lệnh, CPU sẽ ghi nhậ lại trạng thỏi của phộp tớnh trung gian cũng như của kết quả vào một thanh ghi đặc biệt 16 Bớt (Status Word). Nhưng chỉ sử dụng 9 bớt với thanh ghi như sau:
-FC( First check): Khi thực hiện một dóy cỏc lệnh logic liờn tiếp nhau gồm cỏc phộp tớnh giao, hợp và nghịch đảo, bit FC cú giỏ trị bằng 1,hay núi cỏch khỏc, FC=0 khi dóy lệnh Logic tiếp điểm vừa được kết thỳc.
-RLO (Result of logic operation): Kết quả tức thời của phộp tớnh logic vừa được thực hiện .
-STA (Status bit): Bit trạng thỏi này luụn cú giỏ trị logic của tiếp điểm được chỉ định trong lệnh.
-OR: Ghi lại giỏ trị của phộp tớnh logic giao cuối cựng được thực hiện để phụ giỳp cho việc thực hiện phộp toỏn hợp sau đú.
-OS (Stored overflow bit): Ghi lại giỏ trị Bớt bị tràn ra ngoài mảng ụ nhớ. –OV
(Overflow Bit): Bit bỏo cỏo kết quả phộp tớnh bị tràn ra ngoài mảng ụ nhớ.
-CC0 và CC1 (Condition code): Hai bớt bỏo trạng thỏi của kết quả phộp tớnh với số nguyờn, số thực, phộp dịch chuyển hoặc phộp tớnh logic trong ACCU.
-BR (Binary result bit): Bit trạng thỏi cho phộp liờn kết hai loại ngụn ngữ lập trỡnh STL và LAD.
2.Nhúm lệnh logic tiếp điểm
Dữ liệu vào ra: Vào: I0.0, I0.1 Ra: Q4.0
Hàm And: Toỏn hạng là kiểu dữ liệu BOOL hay địa chỉ bit I, Q, M, T, C, D,
Bảng 2.3: So sỏnh hàm logic của cỏc phương phỏp lập trỡnh
o Tớn hiệu ra: Q4.0 sẽ bằng 1 khi đồng thời tớn hiệu I0.0=1 v I0.1=1.
Hàm Not: Tớn hiệu đầu ra là nghịch đảo của tớn hiệu đầu vào.
Hàm Xor: Toỏn hạng là kiểu dữ liệu BOOL hay địa chỉ bit I, Q, M, T, C, D
Lệnh xúa Reset: Toỏn hạng là địa chỉ bit I, Q, M, T, C, D, L.
Lệnh Set: Toỏn hạng là địa chỉ bit I, Q, M, T, C, D, L
Bộ nhớ RS: Toỏn hạng là địa chỉ bit I, Q, M, D, L
Bộ nhớ RS: Toỏn hạng là địa chỉ bit I, Q, M, D, L
3. Bộ đếm (Counter)
Gồm 3 bộ đếm thường sử dụng: Bộ đếm tiến-lựi (S_CUD), bộ đếm tiến (S- CU), bộ đếm lựi (S-CD).
Bộ đếm tổng quỏt được mụ tả: (Hỡnh 2.29)
Hỡnh 2.29: Bộ đếm tổng quỏt
Trong đú:
CU: Là tớn hiệu cấp đếm tiến. (BOOL) CD: Là tớn hiệu cấp đếm lựi. (BOOL) S : Là tớn hiệu đặt trước. (BOOL) PV: Là giỏ trị đặt trước. (WORD) R: Là tớn hiệu xúa. (BOOL) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
CV: Là giỏ trị đếm ở hệ đếm 16. (WORD)
CV_BCD: Là giỏ trị đếm ở hệ đếm BCD. (WORD) Q: Là tớn hiệu ra. (BOOL)
Bộ đếm tiến-lựi CUD
Khai bỏo:
Bảng 2.4: So sỏnh hàm đếm CUD của cỏc phương phỏp lập trỡnh.
Bộ đếm tiến CU
Bảng 2.5: So sỏnh hàm đếm CU của cỏc phương phỏp lập trỡnh
Bộ đếm lựi CD
4. Bộ định thời (Timer) Gồm cú cỏc timer sử dụng: SP, SE, SD, SS, SF
Bộ thời gin SP
Bảng 2.7: So sỏnh bộ thời gian SP của cỏc phương phỏp lập trỡnh
Hỡnh 2.30: Đồ thị tớn hiệu xung của bộ thời gian SP
Bộ thời gian SE
Bảng 2.8: So sỏnh bộ thời gian SE của cỏc phương phỏp lập trỡnh
Bộ thời gian SD
Bộ thời gian SS
Bảng 2.10: So sỏnh bộ thời gian SS của cỏc phương phỏp lập trỡnh
2.4. Nhận xột về khả năng ứng dụng PLC trong điều khiển hệ thống tàu cỏ
Với sự đũi hỏi của con người, những nhà nghiờn cứu khụng dừng lại ở đú nhiều thiết bị phần mềm ra đời chuyờn phục vụ cho nhiều ngành cụng nghiệp, tớnh năng ưu việt luụn được nõng cao. Một trong những thiết bị phải kể đến đú là bộ điều khiển khả trỡnh PLC. Với khả năng ứng dụng và nhiều ưu điểm nổi bật, PLC ngày càng thõm nhập sõu vào nền sản xuất. Vỡ vậy, nõng cao tớnh an toàn, giảm thiểu rũi ro cho cỏc thuyền viờn trờn tàu thỡ việc ứng dụng PLC là lựa chọn tối ưu. Hạn chế tiếp xỳc trực tiếp của thuyền viờn với mỏy múc, thiết bị như bơm, động cơ diesel, mỏy phỏt…hạn chế được rủi ro khi làm việc trong mụi trường khắc nghiệt như thiếu ỏnh sỏng, nhiệt độ cao, dầu mỡ, nhiờn liệu và cỏc thứ dễ chỏy.
Bờn cạnh đú, tự động húa cỏc hệ thống như cứu đắm, hỳt khụ, cứu hỏa…sẽ nõng cao hiệu quả về khả năng làm việc cũng như sự làm việc ổn định, kịp thời khi cú sự cố xảy ra và khả năng về an toàn tin cậy cho hệ thống.
CHƯƠNG 3. LỰA CHỌN VÀ XÂY DỰNG Mễ HèNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRấN TÀU CÁ.
3.1. Lựa chọn
3.1.1. Lựa chọn mụ hỡnh hệ thống tàu
Như đó giới thiệu trong chương 1, việc lựa chọn hệ thống phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tớnh cấp thiết, khả năng ứng dụng, tớnh khả thi ỏp dụng lờn tàu. Nhưng hệ thống mang tớnh cấp thiết và quan trọng hơn cả đú là hệ thống hỳt khụ- cứu đắm. Bởi hầu hết cỏc vụ tai nạn chỡm tàu khụng mong muốn và thường xuyờn xảy ra thỡ đều bắt nguồn từ hệ thống an toàn hỳt khụ và cứu đắm trờn cỏc tàu Vậy tụi chọn hệ thống hỳt khụ và cứu đắm để nghiờn cứu ứng dụng PLC và xõy dựng mụ hỡnh tự động cho tàu cỏ .
Cấu trỳc hệ thống mụ hỡnh Gồm cỏc thiết bị sau:
+ CPU: 312 6ES7312-1AE13-0AB0 + Màn hỡnh giao tiếp: Mỏy vi tớnh
+ Rack kết nối: Bộ cỏp USB/COM 6E7972-0CB20-0XA0
Hỡnh 3.1:CPU 312 Hỡnh 3.2:Màn hỡnh giao tiếp và rack kết nối
+ Module nguồn: PS307 dũng 2A (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Gồm nguồn cấp 24V DC, 12V DC cho đốn và cũi, nguồn 24V DC cho cảm biến, 220V AC cho bơm.
+ 4 cảm biến hồng ngoại chạy nguồn 24VDC gồm: cảm biến hỳt khụ, cảm biến cứu đắm, cảm biến ngắt bơm, cảm biến bỏo tỡnh trạng khẩn cấp (xem hỡnh 3.2.)
Hỡnh 3.3:Cảm biến quang.
+ Cơ cấu chấp hành: Gồm Bơm hỳt khụ và bơm cứu đắm nguồn (nguồn 220VAC), đốn bỏo bơm hỳt khụ và cứu đắm, cũi bỏo, relay (xem hỡnh 3.4,3.5,3.6,3.7)
+ 2 bơm hỳt nước (nguồn 220VAC) ( hỡnh 3.4;3.5)
Hỡnh 3.4: Bơm hỳt khụ Hỡnh 3.5: Bơm cứu đắm
Khả năng làm việc của hệ thống
Hỡnh 3.8: Sơ đồ nguyờn lý hoạt động hệ thống trờn mụ hỡnh
1-Bơm hỳt khụ 2-Ống hỳt khụ 3-Cảm biến cứu đắm 4-Cảm biến hỳt khụ 5-Cảm biến bỏo khẩn cấp 6-Cảm biến ngắt bơm 7-Tấm chắn 8-Cần đẩy 9-Phao 10-Nước lacanh 11-Miệng hỳt bơm hỳt khụ 12-Miệng hỳt bơm cứu đắm
13-Ống dẫn nước cứu đắm 14-Giếng tàu 15-Bơm hỳt khụ 16-Mạn tàu 17-Sàn tàu 18-CPU của PLC 19-Thiết bị ngoại vi (mỏy vi tớnh)
Nguyờn lý hoạt động của hệ thống trờn mụ hỡnh: (xem hỡnh 3.8.)
Giai đoạn 1: Khi tàu đang hoạt động bỡnh thường, do sự rũ rỉ nước từ boong, mạn và được tập trung tại giếng tàu (14). Sau thời gian, nước trong giếng tăng dần, mực nước đạt tới mức cho phộp thỡ cần (8) và phao(9) cũng được nõng lờn, tấm chắn (7) lỳc này sẽ nõng lờn tỏc động vào cảm biến hỳt khụ (4) Sau đú, cảm biến truyền tớn hiệu đến trung tõm xử lý PLC (18). Tại đõy, PLC cú nhiệm vụ nhận tớn hiệu và xử lý theo chương trỡnh đó lập trỡnh sẵn từ mỏy tớnh (19), sau khi xử lý tớn
hiệu CPU truyền tớn hiệu tới bơm hỳt khụ (1) và đốn bỏo hỳt khụ sỏng lờn. Nước lacanh trong giếng (14) sẽ được miệng hỳt (11) hỳt đi theo đường ống dẫn (10) đi ra ngoài mạn tàu. Nước sẽ hạ xuống tới mức cho phộp thỡ được cảm biến ngắt bơm (6)