(Tiểu luận) báo cáo môn học scada đề tài thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiết rót nguyên liệu

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

#TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG

KHOA ĐIỆN CƠ

BÁO CÁO MÔN HỌC

SCADA

Đề tài:

Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống

chiết rót nguyên liệu

Giáo viên hướng dẫn : Ths Vũ Văn Tú

Sinh viên thực hiện : Trịnh Văn Hiếu Lưu Quang Hiếu

HẢI PHÒNG – 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG

KHOA ĐIỆN CƠ

BÁO CÁO MÔN HỌC

SCADA

Đề tài:

Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống

chiết rót nguyên liệu

Giáo viên hướng dẫn : Ths Vũ Văn Tú

Sinh viên thực hiện : Trịnh Văn Hiếu Lưu Quang Hiếu

HẢI PHÒNG – 2022

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, yêu cầu ứng dụng tự động hóa ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự dộng, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ…) Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả trình PLC.

Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩm lớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế Các công ty, xí nghiệp sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình PLC sử dụng các loại phần mềm tự động Dây truyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao đáp ứng được kịp thời cho đời sống xã hội Qua bài tập của đồ án môn học em

sẽ giới thiệu về lập trình PLC và ứng dụng nó vào công việc trộn nguyên liệu trong các nhà máy xí nghiệp.

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 S7-1200

Chương 3: Lập trình Scada Thiết kế hệ thống điều khiển và giámsát hệ thống trộn nguyên liệu Wincc 7.4

Trong quá trình thực hiện chương trình còn gặp nhiều khó khăn đó là tài liệu tham khảo cho vấn đề này đang rất ít và hạn hẹn, nó có liên quan đến nhiều vấn đề như phần cơ trong dây chuyền Mặc dù rất cố gắng nhưng khả năng, thời gian có hạn và kinh nghiệm chưa nhiều nên không thể tránh khỏi những sai sót rất mong sự đóng góp ý kiến bổ sung của các thầy cô giáo để đồ án này được hoàn thiện hơn.

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SCADA TRONG TIA PORTAL S7 1200 4

1.1 Giới thiệu về phần mềm WinCC 4

1.1.1 Chương trình WinCC……… 6

1.1.2 Kết nối WinCC……… 7

1.2 Giới thiệu plc s7-1200 8

1.3 Làm việc với phần mềm Tia Portal 11

1.3.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic – tích hợp lập trình PLC và HMI .11

1.3.2 Kết nối qua giao thức TCP/IP 12

1.3.3 Cách tạo một Project 12

1.3.4 TAG của PLC / TAG local 14

1.3.5 Làm việc với một trạm PLC 16

CHƯƠNG 2 CHƯƠNG TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM TRÊN PLC S7-1200

21

2.1 Các bước thực hiện……… 21

2.2 Xác Định Phân Công I/O Của PLC S7-1200 24

2.3 Sơ đồ thuật toán 25

2.4 Bản vẽ sơ đồ điều khiển 26

2.5 Chương trình điều khiển hệ thóng trộn nguyên liệu 29

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG QUA WINCC 7.4 32

3.1 Tạo hình ảnh đồ họa 32

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ SCADA TRONG TIA PORTAL

S7 1200

1.1 Giới thiệu về phần mềm WinCC

WINCC là chữ viết tắt của Windows Control Center Đây là phần mềm ứngdụng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu của hệ thống tự động hóa quátrình sản xuất Việc sử dụng những bộ điều kiển lập trình riêng lẻ không đáp ứngđược yêu cầu điều khiển của hệ thống SCADA, cần phải kết hợp thêm các bộhiển thị HMI (Human Machine Interface - Giao diện người-máy)

Hình 1.1 Hệ thống WinCC

Trong lĩnh vực tự động hóa trong công nghiệp WINCC là một trong nhữngphần mềm HMI chuyên dùng của hãng SIEMEN để quản lý, thu thập dữ liệu vàđiều khiển quá trình công nghiệp WinCC được sử dụng để thể hiện quá trìnhhoạt động của quá trình sản xuất và khai thác giao diện sử dụng đồ họa chongười vận hành

WinCC cho phép người vận hành quan sát hoạt động của quá trình thôngqua các hình ảnh đồ họa trên màn hình máy tính

WinCC còn cho phép người vận hành thực hiện các thao tác điều khiển tớiquá trình sản xuất Ví dụ người vận hành có thể thay đổi giá trị đặt cho một biếnquá trình hay thay đổi % phần trăm độ mở van từ giao diện đồ họa trên mànhình

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 tứcmột 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

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 thểchạy 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 chóngvới các ngắt và độ an toàn chống lại sự mất dữ liệu bên trong ở mức độ cao Nếuchạy trên nền Windows NT, WINCC còn cung cấp các chức năng để tạo sự antoàn và phục vụ như một servers trong hệ thống có nhiều người sử dụng Vớigiao diện thân thiện, WINCC có nhiều công cụ và lệnh mạnh giúp cho cán bộquản lý cũng như các chuyên gia kỹ thuật của các doanh nghiệp nhà máy khaithác có hiệu quả trong trình này

1.1.1 Chương trình WinCC

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

1.2 Giới thiệu plc s7-1200

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm 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).

Hình 1 2 Cấu trúc PLC S7-1200

Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dunglượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụngkhác nhau

Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)

Bộ nhớ bit (M) 4096 byte 8192 byte

 3 tại 80 kHz 3 tại

20 kHz

Các module truyền thông 3 (mở rộng về bên trái)

Các ngõ ra xung 2

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 40oCPROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet

Tốc độ thực thi tính toán 18 μs/lệnh

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

tín hiệu

(SM)

Kiểu số

8 x DC In

8 x DC Out

8 x Relay Out

8 x DC In / 8 x DC Out

8 x DC In / 8 x Relay Out

16 x DC In

16 x DC Out

16 x Relay Out

16 x DC In / 16 x DC Out 16 x DC In / 16 x Relay Out

Kiểu tươn

4 x Analog In / 2 x Analog Out

Bảng tín

hiệu (SB)

Kiểu số

Out Kiểu

1.3 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

-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

1.3.3 Cách tạo một Project

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

Hình 1.3.1 Màn hình chính

Bước 3 : Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn Create

Hình 1.3.2 Tạo create new project

Bước 4 : Chọn Configure a device

Hình 1.3.3 Chọn configure a device

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

Tag của PLC

- 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

Tag Local

- 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 mỗiCPU được sử dụng trong project

- Colum : mô tả biểu tượng có thể nhấp vào để di chuyển vào hệ thốnghoặc 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

- Giám sát tag của plc

- Hiện / ẩn biểu tượng

- 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, IPTOOL sử dụng các chức năng thiết lập chính để cấp phát một địa chỉ IP ban đầucho PLC S7-1200

- Thay đổi địa chỉ IP : nếu địa chỉ IP đã tồn tại, công cụ IP TOOL sẽ sửa đổicấu 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 tượngdownload 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 hìnhdưới 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 trênthanh 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 2 : CHƯƠNG TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CHIẾT RÓT NGUYÊN LIỆU

TRÊN PLC S7-1200

2.1, 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.

Hình 2.2 Màn hình chính

Bước 3 : Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create

Hình 2 3 Tạo create new project

Bước 4 : Chọn configure a device

Hình 2.4 Chọn configure a device

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 2.8 Project mới

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

2.2, Xác Định Phân Công I/O Của PLC S7-1200

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

2.3, Sơ đồ thuật toán

2.4, 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

2.5.1 Chương trinh chinh

Network 1: Tạo bit nhớ

- 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

=> băng tải dừng