Đồ án điều khiển lập trình PLC

Đồ án PLC GVHD Lương Văn An ĐỒ ÁN MÔN HỌC Số 12 Môn học Đồ án điều khiển lập trình PLC Nhóm Lớp Khoá Khoa I ĐỀ TÀI Ứng dụng PLC S7 300 của SIEMENS thực hiện bài toán đo, điều khiển, cảnh báo mức nước.

Môn học: Đồ án điều khiển lập trình PLC

● Bể trụ cao 5m, đường kính trong bể 1,5 Mức nước giới hạn trong bể 4,5)m

(0-● Động cơ bơm được điều khiển qua biến tần MM440

● Đầu ra cảm biến mức chuẩn hoá về 0-10V

● Bảng điều khiển gồm các nút ấn Start, Stop, đèn báo trạng thái hệ thống RUN, đèn cảnh báo ngưỡng thấp LLA( <=0,5m), đèn cảnh báo ngưỡng cao LHA( >=4,0 m)

II YÊU CẦU

+ Về nội dung ( nội dung chính hoặc bố cục nội dung chi tiết quyển báo cáo)

● Phân tích nguyên lý vận hành của hệ thống.

● Trình bày về phương pháp đo mức chất lỏng tĩnh

● Phương pháp giao tiếp giữa PLC và các ngoại vi trong hệ thống? Sơ đồ đấu dây?

● Xây dựng giao diện HMI của hệ thống trên WinCC

● Kết nối PLC và WinCC

● Viết chương trình điều khiển.

● Vận hành và giám sát hệ thông qua giao diện HMI

+ Về thời gian thực hiện:

Ngày giao đề:……… Ngày hoàn thành :

Chó ý:

▪ Phông chữ sử dụng trong quyển báo cáo: Times New Roman 13

▪ Các hình đánh số thứ tự, các chú thích rõ ràng

▪ Quyển báo cáo có đóng phiếu giao đề bài ở trang đầu tiên

▪ Sử dụng các mô đun mở rộng nếu cần

Giáo viên hướng dẫn : Lương Văn An

Sinh viên thực hiện : Nhóm 2:

Phạm Xuân Anh

Lớp : Điện 1 K9

Hà Nội – 2017

MỞ ĐẦU

Trong các đô thị, vùng đô thị hóa và trong đời sống xã hội hiện nay, hệ thốngbơm nước là một trong những hệ thống cơ sở hạ tầng rất quan trọng, không thể thiếuđược Hệ thống bơm không những ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt của con người

mà còn ảnh hưởng đến các ngành công nghiệp, nông nghiệp ví dụ như: công trình xâydựng, công trình thủy lợi, công nghiệp tàu thủy, tưới tiêu, bơm nước v.v… nhằm đảmbảo phục vụ lợi ích cho con người, ngoài ra còn giúp con người làm việc ở những điềukiện khó khăn mà con người không làm việc được

Qua việc thực hiện đề tài về “Ứng dụng PLC S7-300 của SIEMENS thực hiện

bài toán đo, điều khiển, cảnh báo mức nước trong bể tĩnh” Đề tài này đã giúp em

tìm hiểu, học hỏi thêm về quy trình vận hành hệ thống bơm, sửa chữa khi hệ thống có

sự cố xảy ra Từ đó sẽ làm nền tảng và nguồn kiến thức cho em sau này khi hoạt động

về lĩnh vực thiết kế, thi công, quản lý hệ thống bơm nước, đặc biệt là các hệ thốngbơm chất lỏng bình hở được ứng dụng rộng rãi

Trong thời gian em làm đề tài này, em đã được thầy giáo Phạm Văn Hùng cùngvới các thầy cô giáo trong bộ môn và các bạn bè trong lớp tận tình giúp đỡ, nhưng dothời gian có hạn nên bài viết này của em còn nhiều thiếu sót, em mong nhận đƣợcnhững đánh giá, nhận xét và những lời góp ý của thầy cô và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!

Chương 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ

1.1 Cơ sở lý thuyết

1.1.1 Mục đích

Nguồn nước rất quan trọng đối với sự sống và mọi hoạt động của con người,nguồn nước ở 1 số nơi trên thế giới rất là khan hiếm và tình trạng ô nhiễm nguồn nướcngày càng gia tăng Trước thực trạng ấy chúng ta cần phải có giải pháp để khai thác vàsử dụng nguồn nước sạch 1 cách hiệu quả và tiết kiệm Muốn làm được điều này,chúng ta phải đưa hệ thống điều khiển vào bể chứa để điều khiển mức nước trong bểdùng PLC, qua đó duy trì mức nước trong bể ở trong giới hạn mức cho phép Khi đónước sẽ được bơm và sử dụng một cách hợp lý

1.1.2 Phương pháp đo mức chất lỏng

Có hai dạng đo: Đo liên tục và xác định theo ngưỡng

Khi đo liên tục biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu còn lạitrong bình chứa Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa ra tín hiệu dạng nhị phâncho biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngưỡng có đạt hay không

Có ba phương pháp hay dùng trong kỹ thuật đo và phát hiện mức chất lưu:

- Phương pháp thuỷ tĩnh dùng biến đổi điện

- Phương pháp điện dựa trên tính chất điện của chất lưu

- Phương pháp bức xạ dựa trên sự tương tác giữa bức xạ và chất lưu

a) Dùng phao cầu b) Dùng phao trụ c) Dùng cảm biến áp suất vi sai

Trong sơ đồ hình 1a, phao (1) nổi trên mặt chất lưu được nối với đối trọng (5)bằng dây mềm (2) qua các ròng rọc (3), (4) Khi mức chất lưu thay đổi, phao (1) nânglên hoặc hạ xuống làm quay ròng rọc (4), một cảm biến vị trí gắn với trục quay củaròng rọc sẽ cho tín hiệu tỉ lệ với mức chất lưu

Trong sơ đồ hình 1b, phao hình trụ (1) nhúng chìm trong chất lưu, phía trên đượctreo bởi một cảm biến đo lực (2) Trong quá trình đo, cảm biến chịu tác động của mộtlực F tỉ lệ với chiều cao chất lưu:

Trong đó:

P - trọng lượng phao

h - chiều cao phần ngập trong chất lưu của phao

S - tiết diện mặt cắt ngang của phao

ρ - khối lượng riêng của chất lưu

● Phương pháp bức xạ

Cảm biến bức xạ cho phép đo mức chất lưu mà không cần tiếp xúc với môitrường đo, ưu điểm này rất thích hợp khi đo mức ở điều kiện môi trường đo có nhiệt

độ, áp suất cao hoặc môi trường có tính ăn mòn mạnh

Trong phương pháp này cảm biến gồm một nguồn phát tia (1) và bộ thu (2) đặt ởhai phía của bình chứa Nguồn phát thường là một nguồn bức xạ tia γ (nguồn 60Cohoặc 137Cs), bộ thu là một buồng ion hoá Ở chế độ phát hiện mức ngưỡng (hình 1a),nguồn phát và bộ thu đặt đối diện nhau ở vị trí ngang mức ngưỡng cần phát hiện, chùmtia của nguồn phát mảnh và gần như song song Tuỳ thuộc vào mức chất lưu (3) caohơn hay thấp hơn mức ngưỡng mà chùm tia đến bộ thu sẽ bị suy giảm hoặc không, bộthu sẽ phát ra tín hiệu tương ứng với các trạng thái so với mức ngưỡng

Ở chế độ đo mức liên tục (hình 1b), nguồn phát (1) phát ra chùm tia với một gócmở rộng quét lên toàn bộ chiều cao của mức chất lưu cần kiểm tra và bộ thu

Hình 1.2: Cảm biến đo mức bằng tia bức xạ

a) Cảm biến phát hiện ngưỡng b) Cảm biến đo mức liên tục1) Nguồn phát tia bức xạ 2) Bộ thu 3) Chất lưuKhi mức chất lưu (3) tăng do sự hấp thụ của chất lưu tăng, chùm tia đến bộ thu(2) sẽ bị suy giảm, do đó tín hiệu ra từ bộ thu giảm theo Mức độ suy giảm của chùmtia bức xạ tỉ lệ với mức chất lưu trong bình chứa

❖ Một số loại cảm biến đo mức chất lưu

● Cảm biến độ dẫn

Các cảm biến loại này dùng để đo mức các chất lưu có tính dẫn điện (độ dẫn điện

~ 50μScm-1) Trên hình 1 giới thiệu một số cảm biến độ dẫn đo mức thông dụng

Hình 1.3: Cảm biến độ dẫn a) Cảm biến hai điện cực b) Cảm biến một điện cực

c) Cảm biến phát hiện mức

Sơ đồ cảm biến hình 1a gồm hai điện cực hình trụ nhúng trong chất lỏng dẫnđiện Trong chế độ đo liên tục, các điện cực được nối với nguồn nuôi xoay chiều ~10V (để tránh hiện tượng phân cực của các điện cực) Dòng điện chạy qua các điệncực có biên độ tỉ lệ với chiều dài của phần điện cực nhúng chìm trong chất lỏng

Sơ đồ cảm biến hình 1b chỉ sử dụng một điện cực, điện cực thứ hai là bình chứabằng kim loại

Sơ đồ cảm biến hình 1c dùng để phát hiện ngưỡng, gồm hai điện cực ngắn đặttheo phương ngang, điện cực còn lại nối với thành bình kim loại, vị trí mỗi điện cựcngắn ứng với một mức ngưỡng Khi mức chất lỏng đạt tới điện cực, dòng điện trongmạch thay đổi mạnh về biên độ

● Cảm biến tụ điện

Khi chất lỏng là chất cách điện, có thể tạo tụ điện bằng hai điện cực hình trụnhúng trong chất lỏng hoặc một điện cực kết hợp với điện cực thứ hai là thành bìnhchứa nếu thành bình làm bằng kim loại Chất điện môi giữa hai điện cực chính là chấtlỏng ở phần điện cực bị ngập và không khí ở phần không có chất lỏng Việc đo mứcchất lưu được chuyển thành đo điện dung của tụ điện, điện dung này thay đổi theo mứcchất lỏng trong bình chứa Điều kiện để áp dụng phương pháp này hằng số điện môicủa chất lỏng phải lớn hơn đáng kể hằng số điện môi của không khí (thường là gấpđôi)

Trong trường hợp chất lưu là chất dẫn điện, để tạo tụ điện người ta dùng một điệncực kim loại bên ngoài có phủ cách điện, lớp phủ đóng vai trò chất điện môi còn chấtlưu đóng vai trò điện cực thứ hai

1.2 Tìm hiểu về PLC

1.2.1 Khái quát chung về PLC S7-300

1.2.1.1 Cấu trúc PLC S7-300

PLC là thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control) là loại

thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngônngữ lập trình PLC là một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt

dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh ( với PLC khác hoặc với máy tính).Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khốichương trình ( Khối OB, FC hoặc FB) và được thực hiện theo chu kỳ vòng quét

Hình 1.4: Nguyên lí chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình (PLC)

Để có thể thực hiện được một chươg trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tínhnăng như một máy tính, nghĩa là phải có bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ

để lưu chương trình điều khiển và tất nhiên phải có cổng vào/ ra để giao tiếp được vớiđối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Bên cạnh đó,nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC cần phải có thêm các khối chức năng đặcbiệt khác như bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Timer)và những khối hàm chuyên dụng(hình 1.8)

● Các module của PLC S7-300

Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớncác đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiểnPLC được thiết kế không được cứng hoá về cấu hình Chúng được chia nhỏ thành cácmodule Số các module được chia nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, song tối thiểuphải có một module chính là module CPU Các module còn lại là các modulenhận/truyền tín hiệu với tín hiệu điều khiển, các module chức năng chuyên dụng nhưcác module PID, điều khiển động cơ Chúng được gọi chung là modul mở rộng Tất

cả các module được gá trên những thanh ray (Rack)

Hình 1.5 – Các khối modul của PLC S7-300

(*) Các đèn báo

+ Đèn SF: báo lỗi CPU

+ Đèn BAF: Báo nguồn ắc qui

+ Đèn DC 5v: Báo nguồn 5v

+ Đèn RUN: Báo chế độ PLC đang làm việc

+ Đèn STOP: Báo PLC đang ở chế độ dừng

(*) Công tắc chuyển đổi chế độ

+ RUN-P: Chế độ vừa chạy vừa sửa chương trình

+ RUN: Đưa PLC vào chế độ làm việc

+ STOP: Để PLC ở chế độ nghỉ

+ MRES: Vị trí chỉ định chế độ xoá chương trình trong CPU

Muốn xoá chương trình thì giữ nút bấm về vị trí MRES để đèn STOP nhấp nháy, khi thôi không nhấp nháy thì nhả tay Làm lại nhanh một lần nữa (không để ý đèn STOP) nếu đèn vàng nháy nhiều lần là xong, nếu không thì phải làm lại

Các cổng vào/ra số có trên modul CPU được gọi là cổng vào/ra onboard.

Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau Nói chung chúng được đặttên theo bộ vi xử lý có trong nó như modul 312, modul 314, modul 315

Những modul cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổngvào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của

hệ điều hành phục vụ cho việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được phân

biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ cái IFM (Intergrated Function

Module) Ví dụ modul 312 IFM, modul 314 IFM

Ngoài ra còn có các loại modul CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổngtruyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán Tất nhiênkèm theo cổng truyền thông thứ hai này là những phần mềm tiện dụng thích hợp cũng

đã được cài sẵn trong hệ điều hành Các loại CPU được phân biệt với những modul

CPU khác bằng thêm cụm từ DP (Distributed Port) trong tên gọi Ví dụ modul

315-DP, 315-2DP

Module mở rộng

Module mở rộng được chia thành 5 loại chính :

Hình 1.8: Hình ảnh thực tế các module mở rộng của PLC S7-300

Module nguồn – PS ( Power supply)

Có chức năng cung cấp nguồn cho các module của hệ Simatic S7_300 Modulenguồn có 3 loại : 2A, 5A, 10A

Module tín hiệu SM (Signal module)

SM (Signal modul): modul mở rộng cổng tín hiện vào/ra bao gồm:

+ DI (digital input): modul mở rộng các cổng vào số Số các cổng vào số mở rộng

có thể là 8, 16, hoặc 32 tuỳ theo từng loại module

+ DO (digital output): modul mở rộng các cổng ra số Số các cổng ra số mở rộng

có thể là 8, 16, hoặc 32 tuỳ theo từng loại modul

+ DI/DO (digital input/digital output): modul mở rộng các cổng vào/ra số Số các

cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8vào/8ra, 16vào/16 ra theo từng loại modul

+ AI (analog input): Modul mở rộng các cổng vào tương tự Về bản chất chúng

chính là các bộ chuyển đổi tương tự số12 bit (AD), tức là mỗi tín hiệu tương tựđược chuyển thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 bit Số các cổng vàotương tự có thể là 2,4 hoặc 8 tuỳ từng loại modul

+ AO (analog output): Modul mở rộng các cổng ra tương tự Về bản chất chúng

chính là các bộ chuyển đổi số tương tự (DA) Số các cổng ra tương tự có thể là 2hoặc 4 tuỳ từng loại modul

+ AI/AO (analog input/analog output): Modul mở rộng các cổng vào/ra tương tự.

Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4vào/4 ra tuỳ từng loạimodul

Module ghép nối IM (Interface module)

Modul ghép nối đây là loại modul chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm cácmodul mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản ly chung bởi modul CPU.Thông thường các modul mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack.Trên mỗi một rack chỉ có thể gá được nhiều nhất 8 modul mở rộng (không kể modulCPU, modul nguồn nuôi Một modul CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp được vớinhiều nhất 4 Racks và các Racks này phải được nối với nhau bằng modul IM

Module chức năng FM ( Function module)

Modul có chức năng điều khiển riêng, ví dụ như module điều khiển động cơbước, modul điều khiển động cơ servo, modul PID, modul điều khiển vòng kín

Module truyền thông CP ( Communication module)

Phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máytính

1.2.1.2 Cách thức PLC thực hiện chương trình

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp, mỗi vòng lặp được gọi là vòngquét (scan), mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổngvào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình.Trong từngvòng quét chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khốiOB1 (Block End) Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nộidung của bộ đếm ảo Q tới các cổng ra số, vòng quét được kết thúc bằng giai đoạntruyền thông nội bộ và kiểm soát lỗi

Hình 1.9: vòng quét chương trình

Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian vòngquét (Scan time) Thời gian vòng quét không cố định tức là không phải vòng quét nàocũng thực hiện trong khoảng thời gian như nhau Có vòng quét thực hiện lâu có vòngquét thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vàokhối dữ liệu được truyền thông trong vòng quét đó

Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gửi tínhiệu điều khiển tới các đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gianvòng quét Nói cách khác thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực củachương trình điều khiển trong PLC Thời gian vòng quét càng ngắn thì tính thời gianthực của chương trình càng cao

1.2.1.3 Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ

● Kiểu dữ liệu

Một chương trình ứng dụng S7 – 300 có thể sử dụng các kiểu dữ liệu sau:

Chuyển dữ liệu từcổng vào tới I

Truyền thông vàkiểm tra nội bộ VÒNG

QUÉT

Chuyển dữ liệu từ Qtới cổng ra

Thực hiệnchương trình

- BOOL: Với dung lượng 1 bit và có giá trị là 0 hoặc 1 ( đúng hoặc sai ) Đây làkiểu dữ liệu cho biến hai trị.

- BYTE: Gồm 8 bits, thường được dùng để biểu diễn một số nguyên dương trongkhoảng từ 0 đến 255 hoặc mã ASCII của một ký tự

- WORD: Gồm 2 bytes để biểu diễn 1 số nguyên dương từ 0 đến 65535

- INT: Cũng có dung lượng là 2 bytes, dùng để biểu diễn số nguyên trongkhoảng – 32768 đến 32767

- DINT: gồm 4 bytes, dùng để biểu diễn một số nguyên từ – 2147483648 đến2147483647

- REAL: gồm 4 byte dùng để biểu diễn một số thực dấu phẩy động

- S5T (hay S5TIME): khoảng thời gian, được tính theo giờ/phút/giây/mini giây

- TOD: Biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây

- DATE: Biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày

- CHAR: Biểu diễn một hoặc nhiều ký tự (nhiều nhất là 4 ký tự)

● Cấu trúc bộ nhớ của CPU

Bộ nhớ của S7–300 được chia làm 3 vùng chính:

- Vùng chứa chương trình ứng dụng

Vùng nhớ chương trình được chia thành 3 miền:

+OB (Organisation Block ): Miền chứa chương trình tổ chức.

+FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biến

hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó

+FB (Function Block): Miền chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và

có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác Các dữ liệunày phải được xây dựng thành khối dữ liệu riêng (gọi là DB – Data Block)

- Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được chiathành 7 vùng khác nhau bao gồm :

+ I ( Process image input): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số Trước khi bắt

đầu thực hiện chương trình PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất

giữ chúng tại vùng nhớ I, thông thường chương trình ứng dụng không đọc trực tiếptrạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I.

+ Q ( Process image output): Miền bộ nhớ đệm các dữ liệu cổng ra số Kết thúc

giai đoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới cáccổng ra số Thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới cổng ra mà chỉchuyển chúng vào bộ nhớ đệm Q

+ M ( Miền các biến cờ ): Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưugiữ các tham số cần thiết và có thể truy cập nó theo bit(M) byte(MB), từ (MW) hay từkép (MD)

+ T : Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer ) bao gồm việc lưu trữ giá trị thờigian đặt trước ( PV - Preset value ) ,giá trị đếm thời gian tức thời ( CV - Currentvalue ) cũng như giá trị logic đầu ra của bộ thời gian

+ C : Miền nhớ phục vụ bộ đếm ( Counter ) bao gồm việc lưu giữ giá trị đặttrước ( PV - Preset value ),giá trị đếm tức thời (CV - current value ) và giá trị logic đầu

ra của bộ đếm

+ PI: Miền địa chỉ cổng vào các module tương tự (I/O: external input ).Các giátrị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ được module đọc và chuyển tự độngtheo những địa chỉ Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PI theo từng byte(PIB), từng từ (PIW) hoặc từng kép (PID)

+ PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module tương tự (I/O - external output) Cácgiá trị theo những địa chỉ này sẽ được module tương tự chuyển tới các cổng ra tương

tự Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PQ theo từng byte (PQB), từng từkép (PQD)

- Vùng chứa các khối dữ liệu, được chia thành 2 loại:

+DB (Data block) Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối, kích thước

cũng như số lượng, khối do người sử dụng qui định và phù hợp với từng bài toán điềukhiển Chương trình có thể truy cập miền này theo từng bit (DBX), byte (DBB), từ(DBW), từ kép (DBD)

+L ( Local data block ): Đây là miền dữ liệu địa phương được các khối chương

trình OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu của

biến hình thức với những khối chương trình đã gọi nó Nội dung của một số dữ liệutrong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình tương ứng trong OB, FC FB.Miền nhớ này có thể truy nhập từ chương trình theo bit (L), byte (LB), từ kép LD

1.2.1.4 Những khối OB đặc biệt

- OB10 (Time of Day Interrupt): Chương trình trong khối OB10 sẽ được thực

hiện khi giá trị thời gian của đồng hồ thời gian thực nằm trong một khoảng thời gian

đã được quy định Việc quy định khoảng thời gian hay số lần gọi OB10 được thực hiệnnhờ chương trình hệ thống SFC28 hay trong bảng tham số của module CPU nhờ phầnmềm STEP 7

- OB20 (Time Relay Interrupt): Chương trình trong khối OB20 sẽ được thực hiện

sau một khoảng thời gian trễ đặt trước kể từ khi gọi chương trình hệ thống SFC32 đểđặt thời gian trễ

- OB35 (Cyclic Interrupt): Chương trình trong khối OB35 sẽ được thực hiện cách

đều nhau một khoảng thời gian cố định Mặc định, khoảng thời gian này là 100ms,nhưng ta có thể thay đổi nhờ STEP 7

- OB40 (Hardware Interrupt): Chương trình trong khối OB40 sẽ được thực hiện

khi xuất hiện một tín hiệu báo ngắt từ ngoại vi đưa vào CPU thông qua các cổngonbroad đặc biệt, hoặc thông qua các module SM, CP, FM

- OB80 (Cycle Time Fault): Chương trình trong khối OB80 sẽ được thực hiện khi

thời gian vòng quét (scan time) vượt quá khoảng thời gian cực đại đã quy định hoặckhi có một tín hiệu ngắt gọi một khối OB nào đó mà khối OB này chưa kết thuc ở lầngọi trước Thời gian quét mặc định là 150ms

- OB81 (Power Supply Fault): Chương trình trong khối OB81 sẽ được thực hiện

khi thấy có xuất hiện lỗi về bộ nguồn nuôi

- OB82 (Diagnostic Interrupt): Chương trình trong khối OB82 sẽ được thực hiện

có sự cố từ các module mở rộng vào/ra Các module này phải là các module có khảnăng tự kiểm tra mình (diagnostic cabilities)

- OB87 (Communication Fault): Chương trình trong khối OB87 sẽ được thực

hiện có xuất hiện lỗi trong truyền thông

- OB100 (Start Up Information): Chương trình trong khối OB100 sẽ được thực

hiện một lần khi CPU chuyển từ trạng thái STOP sang RUN

- OB121 (Synchronous Error): Chương trình trong khối OB121 sẽ được thực

hiện khi CPU phát hiện thấy lỗi logic trong chương trhhh đổi sai kiuu dữ liệu hay lỗitruy nhập khối DB, FC, FB không có trong bộ nhớ

A I0.3 // đọc nội dung của I0.3 vào RLO

A I0.4 //kết hợp với nội dung cổng I0.4

= Q0.4

- Lệnh phát sườn lên

Cú pháp FP <toán hạng>

Toán hạng là địa chỉ bit I,Q,M,L,D

- Lệnh phát hiện sườn xuống

Cú pháp FN <toán hạng>

● Nhóm lệnh so sánh số thực 32bit

- Lệnh so sánh bằng nhau giữa 2 số thực 32bit

Cú pháp ==R

Lệnh thực hiện so sánh 2 số thự 32bit trong 2 thanh ghi ACCU1 và ACCU2 Nếu

số thực trong ACCU1 = ACCU2 thì trạng thái RLO sẽ nhận giá trị 1,ngược lại nhậngiá trị 0

- Lệnh so sánh không bằng nhau giữa 2 số thực 32bits

Cú pháp <>R

- Lệnh so sánh lớn hơn 2 số thực 32bits

● Một số lệnh chuyển đổi dữ liệu

- Lệnh chuyển đổi BCD thành số nguyên 32 bit

L PIW304 //số đọc được là số nguyên 16 bit

ITD //chuyển đổi thành số nguyên 32 bit

Analog output : Analog output cũng là một phần của module analog Thực chất

nó là một bộ biến đổi số - tương tự (D/A) Nó chuyển tín hiệu số ở đầu vào thành tínhiệu tương tự ở đầu ra Dùng để điều khiển các thiết bị với dải đo tương tự Chẳng hạnnhư điều khiển Van mở với góc từ 0-100%, hay điều khiển tốc độ biến tần 0-50Hz.Thông thường đầu vào của các module analog là các tín hiệu điện áp hoặc dòngđiện Trong khi đó các tín hiệu tương tự cần xử lý lại thường là các tín hiệu không điệnnhư nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu lượng, khối lượng Vì vậy người ta cần phải cómột thiết bị trung gian để chuyển các tín hiệu này về tín hiệu điện áp hoặc tín hiệudòng điện – thiết bị này được gọi là các đầu đo hay cảm biến

Để tiện dụng và đơn giản các tín hiệu vào của module Analog Input và tín hiệu

ra của module Analog Output tuân theo chuẩn tín hiệu của công nghiệp.Có 2 loạichuẩn phổ biến là chuẩn điện áp và chuẩn dòng điện

- Điện áp : 0 – 10V, 0-5V, 5V…

- Dòng điện : 4 – 20 mA, 0-20mA, 10mA

Trong khi đó tín hiệu từ các cảm biến đưa ra lại không đúng theo chuẩn Vì vậyngười ta cần phải dùng thêm một thiết chuyển đổi để đưa chúng về chuẩn công nghiệp.Kết hợp các đầu cảm biến và các thiết bị chuyển đổi này thành một bộ cảm biếnhoàn chỉnh , thường gọi tắt là thiết bị cảm biến, hay đúng hơn là thiết đo và chuyểnđổi

đo ( bộ transducer)

Analog Input ( A/D) Các con số

Analog Output ( D/A) Các con số

Đầu đo

Thiết bị chuyển đổi

Hình 1.10 quá trình chuyển đổi ADC (analog to digital conveter)

SM 334 là 1 module tương tự gồm có 4AI và 2AO 12bit có tích hợp bộ chuyểnđổi ADC ( analog to digital converter)

Hình 1.11 Hình ảnh module analog SM334

Hình 1.12 Sơ đồ khối của Module analog SM334

+ Kết nối chân M(ana) (chân 15 hoặc 18) với chân mát M của CPU sử dụng dây cótiết diện tối thiểu 1mm

+ Nếu 2 chân này không được nối với nhau thì module sẽ tắt ngõ vào lúc này có giátrị 7HHH Ngõ ra có giá trị bằng 0 Nếu để module hoạt động không được nối máttrong 1 thời gian có thể dẫn tới hư hỏng

+ Chiều dài tối đa của cáp là 200m

1.3 Tìm hiểu về HMI và WINCC

là HMI,…

Các ưu điểm của HMI

Ưu điểm lớn nhất là trong các máy tính nhúng có hình dạng nhỏ gọn giúp nó thaythế hiển thị 2 đường trên một công cụ thông thường hay trên bộ truyền với một HMI

Hình 1.14 HMI điều khiển nhiều bộ điều khiển thông PROFIBUS

Hình 1.15 HMI kết nối với máy chủ thông qua đường truyền LAN(TCP/IP)

1.3.2 Tìm hiểu về WINCC

WinCC (Window Control Center) là phần mềm tạo dựng hệ SCADA và HMI rấtmạnh của hãng SIEMENS hiện đang được dùng phổ biến trên thế giới và Việt Nam.WinCC hiện có mặt trong rất nhiều lĩnh vực như sản xuất xi măng, giấy, théo, dầu khí,

…

WinCC là một hệ thống điều khiển trung lập có tính công nghiệp và có tính kỹthuật, hệ thống màn hình hiển thị đồ họa và điều khiển nhiệm vụ trong sản xuất và tựđộng hóa quá trình Hệ thống này đưa ra những module chức năng tích hợp côngnghiệp cho hiển thị đồ họa, những thông báo, những lưu trữ và những báo cáo Nó là

một trình điều khiển mạnh, nhanh chóng cập nhật các ảnh và những chức năng lưu trữ

an toàn, bảo đảm một tính lợi ích cao đem lại cho người vận hành một giao diện trựcquan dễ sử dụng, có khả năng giám sát và điều khiển quá trình công nghệ theo chế độthời gian thực

Ngoài những chức năng hệ thống, WinCC đưa ra những giao diện mở cho cácgiải pháp của người dùng Những giao diện này làm cho nó có thể tích hợp trongnhững giải pháp tự động hóa phức tạp, các giải pháp cho công ty mở Sự truy nhập tới

cơ sở dữ liệu tích hợp bởi những giao diện chuẩn ODBC và SQL, sự lồng ghép nhữngđối tượng và những tài liệu được tích hợp bởi OLE2.0 và OLE Custom Controls(OCX) Những cơ chế này làm cho WinCC là một đối tác dễ hiểu, dễ truyền tải trongmôi trường Windows

Để xây dựng được giao diện HMI bằng phần mềm WinCC thì cấu hình phầncứng phải bao gồm thiết bị PLC S7-xxx và cấu hình phần cứng tối thiểu của máy tínhcho việc sử dụng phần mềm WinCC và các thiết bị khác phục vụ cho việc truyềnthông

● Các thành phần cơ bản của WinCC

- Communications Drivers : là các driver giúp WinCC có thể thực hiện giao tiếpvới các thiết bị theo các tiêu chuẩn khác nhau, ví dụ như theo chuẩn mạng profibus,chuẩn mạng modbus…

- Graphics Designer : là công cụ giúp người dùng tạo các giao diện tương thíchvới hệ thống thực tế, từ đó người dùng có thể thực hiện các thao tác điều khiển cácthiết bị của hệ thống đó

- Tag Logging : là công cụ thực hiện việc lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi,chuẩn bị để hiển thị và lưu trữ các dữ liệu Từ những dữ liệu trên giúp thiết lập cácthông báo, các bảng, biểu hoàn chỉnh về giá trị của quá trình

- Alarm Logging : đây là công cụ giúp cung cấp các thông tin về các lỗi phát sinh

và trạng thái hoạt động toàn diện của hệ thống Từ công cụ Alarm Logging nó giúpngười dùng sớm nhận ra các tình trạng nguy cấp của hệ thống từ đó tránh và giảmthiểu rủi ro, nâng cao chất lượng cho hệ thống

● Nguyên tắc hoạt động của WinCC

Một chương trình của chúng ta sẽ được tạo ra bởi các công cụ soạn thảo ( baogồm các chương trình Graphic System, Alarm Logging, Archive System…) Cácthông số trong chương trình của ta sẽ được lưu trong vùng nhớ dữ liệu CS(Configuration database)

- Khi runtime, thì phần mềm Runtime sẽ đọc các thông tin từ vùng dữ liệu CS vàProject được khởi động Các giá trị của các biến quá trình sẽ được lưu vào vùng dữliệu RT (Runtime database) Các biến thực tế này sẽ được đưa đến màn hình giao diện( tạo bởi Graphics Designer ), đến hệ thống lưu trữ