Đề Tài gồm những nội dung sau đây: Chương 1: Tổng quan về Scada trong Tia Portal S7-1200 Chương 2: Chương trình Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống trộn nguyên liệu trên S7
TỔNG QUAN VỀ SCADA TRONG TIA PORTAL S7 1200
Giới thiệu về phần mềm WinCC
WINCC là chữ viết tắt của Windows Control Center Đây là phần mềm ứng dụng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu của hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất Việc sử dụng những bộ điều kiển lập trình riêng lẻ không đáp ứng được yêu cầu điều khiển của hệ thống SCADA, cần phải kết hợp thêm các bộ hiển thị HMI (Human Machine Interface - Giao diện người-máy).
Trong lĩnh vực tự động hóa trong công nghiệp WINCC là một trong những phần mềm HMI chuyên dùng của hãng SIEMEN để quản lý, thu thập dữ liệu và điều khiển quá trình công nghiệp WinCC được sử dụng để thể hiện quá trình hoạt động của quá trình sản xuất và khai thác giao diện sử dụng đồ họa cho người vận hành.
WinCC cho phép người vận hành quan sát hoạt động của quá trình thông qua các hình ảnh đồ họa trên màn hình máy tính
WinCC còn cho phép người vận hành thực hiện các thao tác điều khiển tới quá trình sản xuất Ví dụ người vận hành có thể thay đổi giá trị đặt cho một biến quá trình hay thay đổi % phần trăm độ mở van từ giao diện đồ họa trên màn hình
Một cảnh báo sẽ tự động tạo ra trong trường hợp trạng thái quá trình có vấn đề, ví dụ một biến quá trình có giá trị vượt quá giá trị cho phép, ngay lập tức một thông báo sẽ xuất hiện trên màn hình
Các giá trị, thông số của quá trình được in ra hoặc lưu trữ tự động
Các đặc điểm nổi bật của WinCC:
- Lỡ một phần của Siemens TIA(Totally Integrated Automation-tự động hóa tích hợp hoàn toàn), WinCC làm việc rất hiệu quả với các hệ thống tự động sử dụng các sản phẩm thuộc dòng SIMATIC Các hệ thống tự động hóa sử dụng thiết bị từ nhờ sản xuất khác cũng đợc hỗ trợ.
- Dữ liệu của WinCC có thể được thay đổi với các giải pháp IT khác thông qua các chuẩn giao tiếp, như với chương trình Microsoft Excel.
- Giao diện chương trình mở của WinCC cho phép ngời sử dụng kết nối với chương trình của mình để điều khiển quá trình và dữ liệu quá trình.
Cấu hình WinCC có thể được sửa đổi mọi lúc
WinCC là một hệ thống HMI tương thích với Internet
WINCC còn là một chương trình ứng dụng 32 bit hướng đối tượng có thể chạy trên hệ điều hành 32 bit từ Windows 95, Windows 98, Windows XP Chương trình cho phép thực hiện đa nhiệm vụ, đảm bảo phản ứng nhanh chóng với các ngắt và độ an toàn chống lại sự mất dữ liệu bên trong ở mức độ cao Nếu chạy trên nền Windows NT, WINCC còn cung cấp các chức năng để tạo sự an toàn và phục vụ như một servers trong hệ thống có nhiều người sử dụng Với giao diện thân thiện, WINCC có nhiều công cụ và lệnh mạnh giúp cho cán bộ quản lý cũng như các chuyên gia kỹ thuật của các doanh nghiệp nhà máy khai thác có hiệu quả trong trình này
Hình 1.1.1a: Giao diện chính của WinCC
Hình 1.1.1b: Giao diện thiết kế của WinCC
• Color Palette (bảng màu): gồm 16 màu tiêu chuẩn, có thể gán cho màu nền hoặc các đối tượng.
• Stadard (bảng đối tượng) bao gồm:
Các đối tượng chuẩn (Standard Object) như Ellipse, đa giác (polygon), hình chữ nhật (Rectangle), cung tròn (Circular Arc)…
Các đối tượng thông minh (Smart Object): Điều khiển OLE (OLE Control), thành phần OLE (OLE Element), trường vào/ra (I/O Field)
Đối tượng Windows (Windows Object): gồm nút nhấn (Button), hộp kiểm tra (Check Box),…
Đối tượng ống (Tube Object)
• Alignment Palette (bảng canh chỉnh vị trí): Xác định việc thay đổi vị trí cho một hoặc nhiều đối tượng, thay đổi vị trí của đối tượng được chọn hoặc hợp nhất chiều cao và chiều rộng của nhiều đối tượng
• Zoom Palette (bảng Zoom): Phóng to thu nhỏ cửa sổ màn hình đồ họa bằng cách di chuyển thanh trượt.
• Menu Bar (thanh trình đơn): Gồm tất cả những lệnh có sẵn trên thanh trình đơn của giao diện thiết kế đồ họa Graphics Designer.
• Standard Toolbar (thanh công cụ chuẩn): Bao gồm những biểu tượng hoặc nút nhấn Cho phép thực hiện những lệnh thông dụng như: Mở file mới (New), mở file có sẵn (Open), lưu file ảnh (Save), Copy, Cut,…
• Layer Bar (thanh Layer): Bao gồm 16 layer (Layer 0 – Layer 15) Layer 0 để thiết lập mặc định của Graphics Designer.
1.1.2 Kết nối Wincc Ở giao diện Tag Management ta tạo các tag kết nối giữa Wincc và Tia Portal
Hình 1.1.2: Giao diện Tag Management
Sau khi tạo xong các tag tại mục địa chỉ IP address ta nhập địa chỉ của PLC để kết nối Wincc với Tia Portal
Giới thiệu plc s7-1200
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-
200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:
- S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7- 1200.
- Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ Sau khi người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác.
- Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:
+ Người dùng có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong một khối xác định.
+ Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người dùng cấu hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU.
- CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET Các module truyền thông là có sẵn dành cho việc giao tiếp qua các mạng RS232 hay RS485.
- Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.
Bộ phận kết nối nguồn
Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che)
Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên
Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp
Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU).
Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Chức năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C
Kích thước vật lý (mm) 90 x 100 x 75 110 x 100 x 75
2 kB I/O tích hợp cục bộ
Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)
Bộ nhớ bit (M) 4096 byte 8192 byte Độ mở rộng các module tín hiệu
Các bộ đếm tốc độ cao
Các module truyền thông 3 (mở rộng về bên trái)
Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)
Thời gian lưu giữ đồng hồ thời gian thực Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 40oC PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet
Tốc độ thực thi tính toán 18 μs/lệnh thực
Tốc độ thực thi Boolean 0,1 μs/lệnh
Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.
Bảng 1 2 Các module tín hiệu và truyền thông
Module Chỉ ngõ vào Chỉ ngõ ra Kết hợp In/Out
16 x DC In / 16 x DC Out 16 x DC In / 16 x
Relay Out Kiểu tươn g tự
Làm việc với phần mềm Tia Portal
1.3.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic – tích hợp lập trình PLC và WINCC7.4
Step 7 basic là hệ thống kỹ thuật đồng bộ đảm bảo hoạt động liên tục hoàn hảo
Một hệ thống kỹ thuật mới.
Thông minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật và cấu hình mạng, lập trình, chẩn đoán và nhiều hơn nữa
Lợi ích với người dùng:
-Trực quan : dễ dàng để tìm hiểu và dễ dàng để hoạt động
-Hiệu quả : tốc độ về kỹ thuật
-Chức năng bảo vệ : Kiến trúc phần mềm tạo thành một cơ sở ổn định cho sự đổi mới trong tương lai.
1.3.2 Kết nối qua giao thức TCP/IP
- Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP
- Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là các địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau
Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V15
Bước 2 : Click chuột vào Create new project để tạo dự án.
Bước 3 : Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn Create
Hình 1.3.2 Tạo create new project
Bước 5 : Chọn add new device
Hình 1.3.4 Chọn add new device
Bước 6 : Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add
Hình 1.3.5 Chọn loại CPU PLC
Bước 7 : Project mới được hiện ra
Hình 1.3.6 Project mới 1.3.4 TAG của PLC / TAG local
- Phạm vi ứng dụng : giá trị Tag có thể được sử dụng mọi khối chức năng trong PLC
- Ứng dụng : binary I/O, Bits of memory
- Định nghĩa vùng : Bảng tag của PLC
- Miêu tả : Tag PLC được đại diện bằng dấu ngoặc kép
- Phạm vi ứng dụng : giá trị chỉ được ứng dụng trong khối được khai báo, mô tả tương tự có thể được sử dụng trong các khối khác nhau cho các mục đích khác nhau
- Ứng dụng : tham số của khối, dữ liệu static của khối, dữ liệu tạm thời
- Định nghĩa vùng : khối giao diện
- Miêu tả : Tag được đại diện bằng dấu #
Sử dụng Tag trong hoạt động
Hình 1.2.4a Tag trong hoạt động
- Layout : bảng tag PLC chứa các định nghĩa của các Tag và các hằng số có giá trị trong CPU Một bảng tag của PLC được tự động tạo ra cho mỗi CPU được sử dụng trong project
- Colum : mô tả biểu tượng có thể nhấp vào để di chuyển vào hệ thống hoặc có thể kéo nhả như một lệnh chương trình
- Name : chỉ được khai báo và sử dụng một lần trên CPU
- Data type : kiểu dữ liệu chỉ định cho các tag
- Address : địa chỉ của tag
- Retain : khai báo của tag sẽ được lưu trữ lại
- Comment : comment miêu tả của tag
Nhóm tag : Tạo nhóm tag bằng cách chọn add new tag table
Tìm và thay thế tag PLC
Hình 1.3.4c Tìm và thay thế tag PLC
Ngoài ra còn có một số chức năng sau:
- Giám sát tag của plc
- Đổi tên tag : Rename tag
- Đổi tên địa chỉ tag : Rewire tag
- Copy tag từ thư viện Global
1.3.5 Làm việc với một trạm PLC
Quy định địa chỉ IP cho module CPU
IP TOOL có thể thay đổi IP address của PLC S7-1200 bằng 1 trong 2 cách. Phương pháp thích hợp được tự động xác định bởi trạng thái của địa chỉ IP đó :
- Gán một địa chỉ IP ban đầu : Nếu PLC S7-1200 không có địa chỉ IP, IP TOOL sử dụng các chức năng thiết lập chính để cấp phát một địa chỉ IP ban đầu cho PLC S7-1200
- Thay đổi địa chỉ IP : nếu địa chỉ IP đã tồn tại, công cụ IP TOOL sẽ sửa đổi cấu hình phần cứng (HW config) của PLC S7-1200
Đổ chương trình xuống CPU Đổ từ màn hình soạn thảo chương trình bằng cách kích vào biểu tượng download trên thanh công cụ của màn hình
Hình 1.4a Biểu tượng download trên thanh công cụ
Chọn cấu hình Type of the PG/PC interface và PG/PC interface như hình dưới sau đó nhấn chọn load
Hình 1.3.5b Cấu hình Type of the PG/PC interface và PG/PC
Chọn start all như hình vẽ và nhấn finish.
Hình 1.3.5c Kết thúc quá trình
Giám sát và thực hiện chương trình Để giám sát chương trình trên màn hình soạn thảo kích chọn Monitor trên thanh công cụ
Hình 1.3.5d: Monitor trên thanh công cụ.
Hoặc cách 2 làm như hình dưới:
Hình 1.3.5e: Go offline trên thanh công cụ
Sau khi chọn monitor chương trình soạn thảo xuất hiện như sau:
Hình 1.5.5f: Monitor chương trình soạn thảo
CHƯƠNG TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM TRÊN PLC S7-
Các bước thực hiện
Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V14
Hình 2.1 Biểu tượng Tia Portal V15
Bước 2 : Click chuột vào Create new project để tạo dự án.
Bước 3 : Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create
Hình 2 3 Tạo create new project
Bước 5 : Chọn add new device
Hình 2.5 Chọn add new device
Bước 6 : Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add
Hình 2 7 Chọn loại CPU PLC
Bước 7 : Project mới được hiện ra.
Hình 2.9 Màn hình khi hoàn thành + Lập bảng PLC Tag.
Các ngõ vào, ngõ ra khai báo địa chỉ byte và kiểu logic.
Các địa chỉ chứa timer, couter là địa chỉ Word hoặc DWord.
Xác Định Phân Công I/O Của PLC S7- 1200
STT Ký hiệu Địa chỉ Giải thích
1 Nút ấn dừng chương trình sau khi hoàn thành
4 CAM_BIEN_SS1 %d0.3 Cảm biến quang nhận biết sản phẩm
5 CAM_BIEN_SS2 %d0.4 Cảm biến xác định thể tích
5 Cảm biến đóng van chiết
7 PTITON_A %Q0.1 Pitton dịch chuyển đóng mở van chiết
8 DONG_CO_BANG_TAI %Q0.0 Động cơ chạy băng tải
Hình 2.9 Bảng khai báo trên phần mềm TIA portal V15
Bản vẽ sơ đồ điều khiển
- Bản vẽ sơ đồ điều khiển:
Hình 2.11 Bản vẽ mạch cấp nguồn cho PLC và các thiết bị điều khiển
Hình 2.12 Bản vẽ mạch đấu nối PLC S7-1200
Hình 2.13 Bản vẽ mạch đấu nối Contactor
Hình 2.14 Bản vẽ mạch động lực
Hình 2.15 Mạch van khí nén dùng cho pittong A
2.5 Chương trình điều khiển hệ thống chiết rót nguyên liệu
- Khi nhấn nút PB_Start phần cứng (I0.0) hoặc nút Start (M0.0) trên màn hình Scada thì BITNHO (M0.6) có tín hiệu đồng thời tiếp điểm thường mở của
BITNHO (M0.6) đóng lại để tự giữ.
- Khi nhấn nút PB_Stop phần cứng (I0.1) hoặc nút Stop (M0.1) trên màn hình Scada thì BITNHO (M0.6) mất tín hiệu => Chương trình dừng hoạt động.
- Dừng khẩn cấp, nhấn nút EMC phần cứng (I0.2) hoặc nút EMC (M0.2) trên màn hình Scada thì BITNHO (M0.6) mất tín hiệu => Chương trình dừng hoạt động.
Network 2: Điều khiển băng tải
- Khi BITNHO (M0.6) đóng lại thì Q0.0 có tín hiệu => băng tải hoạt động đến khi vật đến vị trí cảm biến SS1 thì tiếp điểm thường đóng của cảm biến SS1 mở ra Vì lúc này chưa cảm biến SS2 chưa có tín hiệu nên Q0.0 không có tín hiệu
- Khi cảm biến SS1 có tín hiệu thì tiếp điểm thường mở của cảm biến SS1 đóng lại => Q0.1 có tín hiệu => pittong A thu lại để mở van cấp nguyên liệu Khi nguyên liệu đầy thì cảm biến SS2 có tín hiệu => tiếp điểm của cảm biến SS2 mở ra và ngắt tín hiệu Q0.1 => pittong A trở về trạng thái ban đầu.
- Khi Pittong A đóng lại hoàn toàn cảm biến LS có tín hiệu, tiếp điểm thường mở của LS ở Network 2 đóng lại đồng thời tiếp điểm thường mở của cảm biến SS2 ở Network 2 cũng đóng lại => làm cho Q0.0 có tín hiệu => băng tải hoạt động.
Network 4: Gọi chương trình mô phỏng.
- Khi BITNHO (M0.6) đóng lại thì chương trình con FC1 được gọi vào
2.5.2 Chương trình con FC1 mô phỏng chuyểnđộng
- Khi Q0.0 đóng lại(băng tải hoạt động) Couter CTU “ADDPOSITION” sẽ đếm xung Clock_10Hz.
- Giá trị đếm được của Couter CTU “ADDPOSITION” sẽ được lưu vào miền nhớ MW32 “X_POSITION”, miền nhớ này được cài đặt ở màn hình SCADA để mô phỏng chuyển động của cái chai.
- Khi Couter CTU “ADDPOSITION” đếm được 100 thì tiếp điểm thuongf mở của Couter CTU “ADDPOSITION” là ADDPOSITION.QU sẽ đóng lại để reset lại bộ đếm này = chuyển động của cái chai sẽ được lặp lại.
Network 2: Mô phỏng mức nước.
- Khi giá trị của MW32 “X_POSITION” nằm trong khoảng 71 mô phỏng cảm biến SS1 ngoài thực tế đồng thời hiện thanh đo mức nước trên màn hình Scada.
Network 3: Mô phỏng mức nước tăng lên
- Khi Q0.1 đóng lại (tức là pittong A đang hoạt động) thì Couter CTU
“XUNG_NL_LEN” sẽ đếm xung Clock_10Hz mô phỏng mức nguyên liệu tăng lên.
- Giá trị đếm được của Couter CTU “XUNG_NL_LEN” (xung mô phỏng nguyên liệu đếm lên) sẽ được lưu vào miền nhớ MW30
“MUC_NGUYEN_LIEU”, miền nhớ này được cài đặt ở màn hình SCADA để mô phỏng chuyển động của mức nguyên liệu.
- Couter CTU “XUNG_NL_LEN” reset khi cái chai lặp lại quá trình.
Network 4: Mô phỏng mức nguyên liệu đầy và tác động cảm biến SS2
Network 5: Mô phỏng cảm biến khi pittong A mở ra.
- Khi pittong A mở ra tiếp điểm thường đóng Q0.1 mở ra ngắt tín hiệu của
MÔ PHỎNG QUA WINCC 7.4
Tạo hình ảnh đồ họa
Bước1 Trong thanh công cụ bên trai màn hình ấn đúp chuột trai vào
Bước 2 Nhấn đúp chuột vào HMI_RT_1
BƯỚC 3 Nhấn vào Screens và chọn Add new screen để bắt đầu mô phỏng
Sản phẩm sau khi thiết kế: