Bài giảng Sử dụng máy tính trong phân tích hệ thống điều khiển

Lợi ích của HMIHiệu quả chi phí Cải thiện năng suất Cải thiện sự hài lòng của ngƣời lao động Internet của vạn vật Ghi dữ liệu Nhắn tin đáng tin cậy Kết nối với dữ liệu Dễ sử dụng

Trang 1

Sử dụng máy tính trong

phân tích hệ thống

điều khiển

Giảng viên: Nguyễn Thị Thúy Hằng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

1

Trang 2

Nguyễn Thị Thúy Hằng 2

NỘI DUNG CHƯƠNG 1: HMI

CHƯƠNG 2: SCADA

Trang 3

7 Giao diện người- máy

8 Điều khiển và giám sát

 Giáo trình:

Programmable Logic controllers Khaled Kamel, PhD & Eman

https://new.siemens.com/global/en/company/sustainability/education/sc e.html

Nguyễn Thị Thúy Hằng

3

Trang 4

1.1 Khái niệm

1.1 1 HMI là gì?

• HMI là viết tắt của Human-Machine-Interface , có nghĩa là thiết

bị giao tiếp giữa người thi hành, thiết kế và máy móc

• PLC sử dụng một loạt HMI để cho phép người dùng tương tác với các quy trình được kiểm soát thông qua trực quan và công cụ thân thiện với người dùng

• HMI được sử dụng cho mục đích hiển thị báo cáo / trạng thái

Trang 5

• Cơ sở hạ tầng HMI vừa linh hoạt vừa có thể mở rộng

• HMI cũng cung cấp một công cụ tuyệt vời cho cải thiện hiệu suất hệ thống tổng thể với việc điều khiển và giám sát từ xa theo thời gian thực.

Trang 6

1.1 Khái niệm

1.1.2 Các thuật ngữ của HMI.

Màn hình _ Screen

Các thẻ liên kết – biến số _ Tags

Kiểu biến_ A type/Data type

Chương trình _ Script

Đồ thị _ Trend

Cảnh báo _ Alarm

Đồ thị _ Bar Graph

Trang 7

 Các thiết bị HMI truyền thống

Ƣu, nhƣợc điểm???

1.2 Phân loại

Trang 8

 Các thiết bị HMI hiện đại

Ƣu, nhƣợc điểm???

1.2 Phân loại

Trang 11

1.3.2 Lợi ích của HMI

 Hiệu quả chi phí

 Cải thiện năng suất

 Cải thiện sự hài lòng của người lao động

Internet của vạn vật

Ghi dữ liệu

 Nhắn tin đáng tin cậy

 Kết nối với dữ liệu

 Dễ sử dụng

 Cải thiện giao tiếp

1.3 Ứng dụng

Trang 12

• Các công cụ xây dựng HMI

• Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối

• Các công cụ mô phỏng

Truyền thông( Communication):

• Các cổng truyền thông RS232, RS485, Ethernet, USB

• Các giao thức truyền thông Mobus, CANbus, PPI, MPI, Profielbus,

Trang 13

 Thông số chính của HMI

• Kích thước màn hình: quyết định thông tin cần hiển thị cùng lúc

Trang 14

1.5 Quy trình xây dựng hệ thống HMI

1 Cấu hình phần cứng: chọn phần cứng, chuẩn giao thức

2 Xây dựng giao diện: Screen

3 Gán các biến số (tag) cho các đối tƣợng.: Tags

Trang 15

1.5 Quy trình xây dựng hệ thống HMI

1.5.1 Cấu hình phần cứng

• Chọn đúng tên, chủng loại, mã ( model) của HMI đã có

• Chọn đúng tên, chủng loại, mã PLC đã có

• Chọn chuẩn giao thức…

Trang 16

1.5.2 Xây dựng giao diện

Phương pháp :

+ Ghi lại nội dung của từng màn hình, phải xác định:

- màn hình chính? màn hình trạng thái thiết bị?

+ Lập danh sách báo động, cảnh báo: Alarm

+ Sử dụng graphics hoặc flow chats , trend graphs sẽ dễ giám sát hơn,

xu thế biểu thị có quá khứ, hiện tại và tiêu chuẩn

+ Lưu ý khi phát triển đồ họa: ko cần thiết phải sử dụng quá nhiều màu sắc và hình ảnh động( bơm quay, van mở và chất lỏng chảy qua đường ống nhiều quá có thể gây mất tập trung, chỉ hoạt động nếu nó làm cho người vận hành thấy hiệu quả hơn)

+ Thực hiện sơ đồ P& ID

+ Vẽ nháp bằng visio hoặc CAD sau đó đánh dấu trên P&ID như vậy sẽ

có một bức tranh hoàn chỉnh về mọi thứ cần đưa vào HMI, giảm thiểu lỗi bằng cách loại bỏ các dòng và dữ liệu không cần thiết

Trang 17

+Thông tin rõ ràng, có tổ chức và không lộn xộn giúp người vận hành phản ứng với báo động nhanh hơn và hiểu rõ hơn về một quy trình

+ Giữ quan điểm của người vận hành và dễ sử dụng

Trang 18

Bố cục: +Quy trình được diễn tả từ trái qua phải, từ trên xuống dưới

+Các đối tượng quan trọng của một hệ thống nên nằm trong một khu vực trong trang nơi mà người vận hành chú ý đến dễ dàng

+Các báo động nên ở trên cùng trang, hình ảnh đồ họa ở giữa bên trái, dữ liệu chính ở giữa bên phải

+ Nút Start, stop, controls…ở phía dưới bên trái và chuyển hướng sang phía dưới bên phải của trang

+Luôn phải thống nhất tuyệt đối về chi tiết, bố cục, ký hiệu và chữ viết tắt

Trang 19

Màu sắc : + Dữ liệu chính ( quá trình): nổi bật với độ tương phản cao

+ Dữ liệu thứ cấp ( mô tả ): nhỏ hơn/ cùng tông nền + Chọn màu cảnh báo tương phản với màu hoạt động thông thường

+ Không nên sử dụng màu chính (đỏ, xanh lá cây, xanh dương) làm màu nền trong HMI Nên Sử dụng các màu pastel như xám nhạt, nâu nhạt, vv Những màu này dễ nhìn hơn và cung cấp độ tương phản tốt hơn

+ Sử dụng shadows khi sử dụng nhiều trang trên một màn hiển thị

+ button:

Trang 20

Màu sắc :

Trang 21

Màu sắc :

Graphics and Picture

Trang 22

Font :

Font : Arial, Time New Roman, sans-serif …

Size: +Vừa đủ nhìn

+Tiêu đề và nhãn phải lớn hơn cho nút và báo động

+ Không nên sử dụng nhiều kích thước chữ

+ Tiêu đề nên để chữ in hoa, còn lại tất cả để chữ thường

Trang 23

Biểu diễn các giá trị dữ liệu :

+ Nên đƣợc nhóm vào một khu vực trong màn hình

+ Nếu cần biễu diễn dữ liệu so sánh thì nên đặt trong bảng bên cạnh

+ Các giá trị dữ liệu nên đặt đúng thứ tự

+ Trình bày dữ liệu đồ họa tốt hơn trình bày dữ liệu dạng số khi muốn quan sát sự thay đổi liên tục

+ Số tốt hơn khi muốn biết giá trị chính xác ( tránh biểu diễn quá nhiều số thập phân)

Trang 24

Alarm & Event:

+ Thông tin: không yêu cầu hoạt động

+ Cảnh báo: Quá trình có thể “Stop” hoặc “Damaged” nếu không

có hành động khắc phục sớm

+ Chặn : Thực hiện hành động chống lại những rủi ro để bảo vệ

quá trình và duy trì cho đên khi lỗi đƣợc Reset

+ Báo động với các hiệu ứng âm thanh khác nhau

Trang 25

Navigation & Controls:

+ Các nút điều hướng đặt ở phía dưới bên phải các góc

+Luôn phải có trang với toàn bộ hệ thống tổng quan

+ Các nút điều khiển phải đủ để chạm ngón tay

+ Tất cả các nút điều khiển nên được nhóm lại ở phía dưới( một phần của màn hình cảm ứng)

+ ở mỗi pop-up khi bật lên phải có nút “OK” hoặc “cancel” để tránh kích hoạt những hoạt động không mong muốn

Trang 26

Phân cấp trang:

+ Level 1: Tổng quan, kiểm soát toàn bộ quá trình

+Level 2 : Hiển thị các đơn vị con của Level 1, màn hình này sẽ hiển thị tất cả các thông tin và điều khiển cần thiết cho một đơn vị phụ

+ Level 3: Hiển thị tất cả các chi tiết về từng thiết bị hoặc quy trình kế

hoạch kiểm soát Những màn hình này đƣợc sử dụng cho mục đích chẩn đoán hệ thống

+Level 4: Cấp độ này hiển thị chi tiết về các hệ thống con, cảm biến

hoặc các thành phần và thông tin tản mạn

Trang 27

Trang 28

Trang 29

Trang 30

Trang 31

Trang 32

Trang 33

8, CPU 1212C cho phép 2, và CPU 1211C không đƣợc ghép thêm)

1.6.1 Cấu hình PLC/HMI

Trang 34

1.6.1 Cấu hình

 Cấu hình lần lượt theo từng bước dưới đây:

 Đặt tên dự án là “Project 1”:

 Cho phép cấu hình thiết bị bằng cách chèn CPU vào dự án mới

o Chọn “Create new project” và nhập “Project 1”; sau đó nhấp vào “Create” như

hình:

( Lưu ý đúng firmware )

1.6 HMI Siemens

Trang 35

1.6.1 Cấu hình

1.6 HMI Siemens

Trong giao diện Portal, chọn “PLC Programming” và nhấp vào “Write PLC

program”

Trang 36

1.6.1 Cấu hình

1.6 HMI Siemens

 Lựa chọn thiết bị theo từng bước như hình dưới

Trang 37

1.6.1 Cấu hình

1.6 HMI Siemens

 Chọn vào “Main” để vào giao diện chính lập trình

Trang 38

1.6.1 Cấu hình

1.6 HMI Siemens

Cấu hình HMI

Chọn vào “Add new device”, sau đó nhấp vào “HMI”, như hình dưới

Lựa chọn HMI theo đúng chủng loại

Trang 39

1.6.1 Cấu hình

1.6 HMI Siemens

Cấu hình HMI

Chọn vào “Add new device”, sau đó nhấp vào “HMI”, như hình dưới

Lựa chọn HMI theo đúng chủng loại

Trang 40

1.6.2 Các nguyên tắc về truyền thông

 Cổng Profinet của CPU phải đƣợc cấu hình để kết nối với HMI HMI phải đƣợc thiết lập và cấu hình

 Thông tin cấu hình của HMI là một phần của dự án của CPU và có thể đã đƣợc cấu hình và tải từ bên trong dự án Không có switch Ethernet đƣợc yêu cầu truyền thông điểm –diểm Một switch Ethernet đƣợc yêu cầy cho hơn hai thiết

bị trong mạng

 Có thể dùng module chia mạng CSM1277 cho 4 cổng Ethernet để sử dụng kết nối CPU và HMI Cổng Profinet trong CPU không chứa một thiết bị chuyển mạch Ethernet

 HMI có thể đọc/viết dữ liệu tới CPU

 Tin nhắn và thông tin trạng thái có thể đƣợc kích hoạt từ CPU Ngoài ra lệnh PLC cũng có thể đƣợc bắt đầu từ HMI

1.6 HMI Siemens

Trang 41

1.6.2 Giao thức PROFINET và ETHERNET

 CPU S7-1200 tích hợp cổng Profinet hỗ trợ cho cả hai ETHERNET và kết nối trực tiếp Giao tiếp trực tiếp đƣợc

sử dụng khi thiết bị lập trình, HMI, hoặc CPU khác cái mà vẫn có thể kết nối với CPU đơn lẻ

 Truyền thông mạng đƣợc sử dụng khi hai thiết bị hoặc nhiều hơn đƣợc kết nối ( ví dụ các CPU, các HMI, thiết bị lập trình và thiết bị của hãng khác)

 Một thiết bị đầu cuối lập trình đƣợc kết nối với PLC S7-

1200 Nhiều CPU S7-1200, HMI có thể đƣợc cấu hình và kết nối cùng một mạng, mỗi mạng đƣợc định danh bởi một địa chỉ

1.6 HMI Siemens

Trang 42

1.6.3 Thiết kế

giao diện HMI

1.6 HMI Siemens

Trang 43

1.6.3 Thiết kế giao diện HMI

1.6 HMI Siemens

Project Navigation (Cửa sổ điều hướng dự án)

Là điểm kiểm soát trung tâm để xử lý dự án Tất cả các bộ phận cấu thành và tất cả các trình chỉnh sửa có sẵn của một dự án được hiển thị trong cửa sổ dự án dưới dạng cây và có thể được mở từ đó

Menu Bar and Buttons

Tất cả các chức năng cần để cấu hình bảng điều khiển đều nằm trong menu và biểu tượng các thanh Nếu một trình chỉnh sửa tương ứng đang hoạt động, các lệnh menu cụ thể của trình chỉnh sửa và các thanh biểu tượng sẽ hiển thị

Work Area (Vùng làm việc)

Là vùng để chỉnh sửa các đối tượng của dự án Tất cả các yếu tố của đều được sắp xếp xung quanh khu vực làm việc Trong vùng làm việc,

có thể chỉnh sửa dữ liệu dự án dưới dạng bảng (ví dụ: biến) hoặc bằng

đồ thị (ví dụ: hiển thị quy trình) Phần trên của vùng làm việc chứa một thanh biểu tượng Tại đây, có thể chọn phông chữ, màu phông chữ hoặc các chức năng như xoay, căn chỉnh, v.v

Trang 44

1.6.3 Thiết kế giao diện HMI

1.6 PLC/HMI Siemens

Tools

Cửa sổ công cụ cung cấp một lựa chọn các đối tượng có thể chèn vào màn hình, ví dụ, các đối tượng đồ họa và các yếu tố điều hành Ngoài ra, cửa sổ công cụ chứa các thư viện với các đối tượng thư viện lắp ráp và

bộ sưu tập các khối hình ảnh Các đối tượng bị kéo và thả vào khu vực làm việc

Properties (Thuộc tính)

Thuộc tính của các đối tượng được chỉnh sửa trong cửa sổ thuộc tính; ví

dụ, màu của màn hình các đối tượng Cửa sổ thuộc tính chỉ có sẵn trong một số trình soạn thảo nhất định Các thuộc tính của đối tượng đã chọn được hiển thị trong cửa sổ thuộc tính, được sắp xếp theo thể loại Thay đổi giá trị có hiệu lực ngay sau khi một trường nhập được thoát Nếu đang nhập một giá trị không hợp lệ, nó sẽ được báo bằng màu sắc Trong cửa sổ thuộc tính, các hoạt ảnh và sự kiện của đối tượng đã chọn cũng được định cấu hình

Detail View (Xem chi tiết)

Trong dạng xem chi tiết, các chi tiết bổ sung về đối tượng được đánh dấu trong điều hướng dự án được hiển thị

Trang 45

1.6 HMI MISUBISHI

BƯỚC 1: CÀI ĐẶT PHẦN MỀM

- Để viết chương trình và mô phỏng cho PLC và HMI

Mitsubishi, người dùng phải cài đặt đầy đủ các phần

Trang 47

BƯỚC 3: VIẾT CHƯƠNG TRÌNH CHO PLC

- Khởi động chương trình GX Developer

BƯỚC 4: CHẠY CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG HMI MITSUBISHI

- Để cài đặt mô phỏng, vào Tool-> Simulator -> Set

+ Tại Connection: chọn GX Simulator

+ Loại PLC chọn MELSEC-FX

Nhấn OK

Trang 48

BƯỚC 4: CHẠY CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG HMI MITSUBISHI

Để mô phỏng HMI Mitsubishi, khởi chạy phần mềm GT Designer theo 2 cách: + Cách 1: Chạy trực tiếp từ biểu tượng phần mềm đã cài đặt

+ Cách 2: Từ giao diện lập trình HMI, vào Tool-> Simulator -> Activate

Trang 49

1 HMI Siemens và phần mềm lập trình TIA Portal

2 Thực hành với HMI KTP 400 Basic mono PN

3 Thực hành với HMI KPT600 Basic color PN

1.8 Xây dựng giao diện điều khiển và giám sát

Trang 50

1.Thực hành với HMI KPT600 Basic color PN :

EN M08-HMI- S71200 pdf,

S7-1200 training with TIA V15

(data E/siemens/S7- 1200)

2. Thực hành với HMI KTP 400 Basic mono PN

Programmable Logic Controller.pdf

( Google Drive/ THUYLOI/soạn GT/ tltk

•https://hmivietnam.com/download-phan-mem-lap-trinh-hmi- weintek-weinview/

Trang 51

2.1 tổng quan : các version, giá, ứng dung ( 1-2slide)

2.2 trình bày cụ thể 1 loại ( thông số kỹ thuật theo bài giảng, giá thành) 2.3 so sánh ít nhất 2 loại khác hãng cùng phân khúc

Trang 52

CÂU HỎI ÔN TẬP( 207-209 pages)

Nguyễn Thị Thúy Hằng

43

1 Liệt kê bốn lợi ích của việc sử dụng HMI trong tự động hóa công

nghiệp và kiểm soát quy trình

2 Giải thích cách PLC giao tiếp với HMI

3 Có bao nhiêu thiết bị có thể được kết nối với HMI?

4 Sự khác biệt giữa giao tiếp trực tiếp và giao tiếp mạng là gì?

5 Đối tượng mạch là gì? Chỉ ra một vài ví dụ.( button, bar, lamp…)

6 Text field được sử dụng để làm gì? Chỉ ra một vài ví dụ ( 183 pages) 1.7 I / O Field được sử dụng để làm gì? (185 pages)

1.8 Các thuộc tính của I / O Field là gì? (185 pages)

9.Đối tượng mạch là gì? Chỉ ra các bước cần thiết để thiết lập các đối

Trang 53

Sử dụng máy tính trong

phân tích hệ thống

điều khiển

Giảng viên: Nguyễn Thị Thúy Hằng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

1

V15-pdf

https://www.scribd.com/document/410843063/01-S7-1200-Training-with-TIA-Portal-https://new.siemens.com/global/en/company/sustainability/education/sce.html

https://new.siemens.com/global/de/unternehmen/nachhaltigkeit/ausbildung/sce.html

Trang 57

2.1.1 Khái niệm

- SIMATIC WinCC® (Windows Control Center) là một

hệ thống trực quan hóa quy trình có thể mở rộng (SCADA)

- Hoàn thành chức năng vận hành và giám sát trong Windows cho tất cả các phân khúc ngành khác nhau

- Một trong những tính năng đặc biệt của WinCC là khả năng mở rộng: các nhiệm vụ đơn giản đến phức tạp, giao tiếp thích nghi…

- WinCC là một hệ thống hiện đại với giao diện người dùng hấp dẫn để sử dụng trong văn phòng và sản xuất

Trang 58

Trang 59

2.1.1 Khái niệm

Trang 60

Overview

> Efficiency in Engineering

> Added Value

> Efficiency in Runtime > Scalability > Innovation

>3 WinCC/ Change Controll

> 5.WinCC/ Data Monitor

> 6.WinCC/ IndustrialDataBridge

> 7.Simantic Information Server

> 8.WinCC/ODK(Open development Kit)

Tiêu đề	Sử Dụng Máy Tính Trong Phân Tích Hệ Thống Điều Khiển
Tác giả	Nguyễn Thị Thúy Hằng
Trường học	Trường Đại Học Thủy Lợi
Chuyên ngành	Điện-Điện Tử
Thể loại	Giáo Trình

Định dạng
Số trang	92
Dung lượng	5,08 MB