Giáo trình Human Machine Interface

Ngày nay các hệ thống tự động hoá đã được ứng dụng rất nhiệu trong công nghiệp và đời sống. Vì vậy để các hệ thống tự động hoá gần gũi với người sử dụng hơn người ta sử dụng các màn hình hiển thị với giao diện thân thiện với hầu hết người sử dụng.Màn hình cảm ứng TP 177A cũng là một trong số những thiết bị đó. Màn hình cho phép người sử dụng tự mình thiết kế giao diện, theo dõi và điều khiển các thiết bị phía dưới thông qua PLC.Với ưu điểm gọn nhẹ, dễ dàng thiết kế giao diện nên ngày nay TP 177A đang được sử dụng nhiều trong công nghiệp. Chúng thay thế cho một máy tính cồng kềnh và tốn kém trong những môi trường công nghiệp.Trên màn hình ta có thể thiết kế rất nhiều nút điều khiển và hệ thống thông báo, vì vậy màn hình cũng có thể thay cho một mặt Panel điều khiển cứng.

Với ưu điểm gọn nhẹ, dễ dàng thiết kế giao diện nên ngày nay TP 177A đang được sử dụng nhiều trong công nghiệp Chúng thay thế cho một máy tính cồng kềnh và tốn kém trong những môi trường công nghiệp.

Trên màn hình ta có thể thiết kế rất nhiều nút điều khiển và hệ thống thông báo, vì vậy màn hình cũng có thể thay cho một mặt Panel điều khiển cứng

Màn hình cảm ứng HMI TP 177A

1 Một số thông số cơ bản của màn hình TP 177

- Độ phân giải : 320x240 pixels

- Màu sắc : 4 cấp độ màu xanh

- Giao tiếp với PLC : S7-200, S7-300/400

- Công cụ lập trình : WinCC flexible

Cách hiển thị Hiển thị cảnh báo

Hiển thị trên cửa sổ cảnh báo

2 Lập trình cho TP 177A

- Sử dụng WinCC Flexible để lập trình và thiết kế giao diện cho TP 177

- WinCC flexible hỗ trợ cho ta các công cụ để thiết kế, theo dõi và điều khiển các thiết bị bên dưới

- Việc sử dụng và lập trình cho TP 177A thực tế là sử dụng và lập trình trên WinCC flexible

3 Phần mềm lập trình WinCC flexilble.

- Đây là phần mềm cho phép ta thiết kế giao diện cho hầu hết các màn hình điều khiển của Siemens hiện nay.

- Trong phần mềm có tích hợp sẵn các công cụ để thiết kế và các hàm chức năng được viết sẵn cho phép ta lập trình theo những bài toán khác nhau

• Yêu cầu cấu hình máy cài đặt WinCC flexible

- Hệ điều hành: Window XP SP1/SP2, Window 2000

- Chíp: ≥1Gb

- Độ phân giải: 1024x768 hoặc cao hơn

- Acrobat: 5.0 trở lên

- Độ trống ổ cài đặt: ≥ 1,5Gb

• Khởi tạo một Project trên WinCC flexible

- Mở phần mềm WinCC flexible: Start  Simatic  WinCC flexible

2005  WinCC flexible

Hình 1

 Tạo mới một Project

- File  New  cửa sổ cho phép chọn loại màn hình sử dụng

- File  New Project with Project WinZard.

Xuất hiện cửa sổ cho phép ta bắt đầu thiết lập một Project mới

Hình 3

Chọn “Creat a new project with the Project Wizard” cưa sổ cho

phép chọn mức độ liên kết giữa các máy tính hay thiết bị điều khiển (mỗi khi Click vào mỗi lựa chọn ta sẽ thấy phương thức kết nối của lựa chọn đó ở hình bên cạnh)

Hình 4

Nhấn Next để lựa chọn thiết bị hiển thị, thiết bị điều khiển và dạng cáp kết nối

Hình 5

• Trong đó:

1: Lựa chọn thiết bị hiển thị, Click vào vùng lựa chọn sẽ xuất hiện hình 2

2: Lựa chọn cáp kết nối

3: Lựa chọn thiết bị điều khiển

• Nhấn Next cho phép ta thiết kế những hiển thị cố định trên mỗi màn hình: Logo công ty, cảnh báo, giờ… Trên đó có các lựa chọn để thay đổi vị trí các hiển thị cố định

Hình 6

• Nhấn Next cho phép ta định dạng các màn hình dưới dạng các

Menu hình cây, số các cành và nhánh của Menu này do ta tự lựa chọn Sau khi lựa chọn xong Menu này trên mỗi màn hình sẽ tự tạo cho ta những nút điều khiển để liên kết giữa các màn hình với nhau

Hình 7

• Tiếp tục nhấn Next cho phép ta chèn thêm các màn hình hiển thị các

thuộc tính của Project: màn hình bảo vệ (yêu cầu Password để truy cập), màn hình thiết lập cho hệ thống…

Hình 8

• Lựa chọn các thư viện có sẵn trong chương trình

• 4 Các màn hình chính trên WinCC flexible

5 Các khối chính trong vùng quản lý Project.

a Vùng quản lý các màn hình hiển thị

- Thay đổi thiết bị hiển thị (loại màn hình): Nhấn phải chuột vào

Device_1 chọn “Change device type…”  xuất hiện bảng lựa chọ loại

- Thay đổi tên màn hình: nhấn phải chuột vào màn hình cần đổi tên chọn

Rename để thay đổi tên.

b Vùng quản lý biến và truyền thông

- Tag: Cho phép khai báo các biến.

- Tên biến

- Dạng kết nối: biến nội (biến bên trong của WinCC flexible hay biến kết nối với thiết bị điều khiển).

- Dạng dữ liệu

- Địa chỉ

- Thời gian tác động

- Giải thích cho biến

- Connections: Khai báo các kết nối giữa màn hình và thiết bị điều khiển:

- Đặt tên cho liên kết

- Chọn thiết bị điều khiển

- Định tốc độ truyền thông

- Định địa chỉ các thiết bị

- Khai báo dạng cáp kết nối

- Cycle: Khai báo và định dạng các vòng quét của chương trình

• Chương trình đã tự động định dạng chuẩn tên và thời gian cho các vòng quét cơ bản, ta có thể thay đổi các thời gian đó hoặc tạo thêm các vòng quét mới

- Tạo mới một vòng quét:

- Click đúp vào một dòng mới

- Điền tên của vòng quét

- Định đơn vị vòng quét

- Định số lượng thời gian

c Vùng quản lý cảnh báo: cho phép khai báo và quản lý các cảnh báo

trong chương trình

• Analog Alarm: Khai báo các cảnh báo dạng tương tự.

- Đặt dòng cảnh báo khi xảy ra

- Số thứ tự của cảnh báo

- Dạng cảnh báo: lỗi (Erorr), cảnh báo (Warning), lỗi hệ thống (System).

- Chọn biến tạo lỗi

- Giá trị giới hạn của biến

- Thời điểm xuất hiện cảnh báo: tại sườn lên của tín hiệu (On rising edge), hoặc sườn xuống của tín hiệu (On falling edge).

• Discrete Alarm: khai báo các cảnh báo dạng số.

- Đặt dòng cảnh báo khi xảy ra

- Số thứ tự của cảnh báo

- Dạng cảnh báo: lỗi (Erorr), cảnh báo (Warning), lỗi hệ thống (System).

- Chọn biến tạo lỗi

- Giá trị của bit khi có lỗi xuất hiện

• Setting : cài đặt các thống số cho cảnh báo

 Alarm Setting

- Đặt số vị trí hàng đợi cho phép của các cảnh báo

- Đặt thời gian xuất hiện của các cảnh báo lỗi hệ thống

 Alarm Class

- Đặt các biểu tượng tương ứng với các cảnh báo, lỗi…

- Màu sắc của mối cảnh báo

 Alarm Groups

- Đặt tên cho từng nhóm cảnh báo hay lỗi

6 Một số hàm chức năng cơ bản trong WinCC flexible.

- Sau khi chèn thêm một đối tượng vào màn hình, ngoài những thuộc tính của đối tượng đó WinCC flexible còn cho ta những sự kiện (Event) để viết lên đối tượng đó

- Các sự kiện đó được chia ra làm nhiều nhóm tuỳ thuộc vào đối tượng ta

sử dụng

- Trong mỗi sự kiện có nhiều hàm cho phép ta lựa chọn các hàm đó để tác động khi có sự kiện xảy ra Các hàm cơ bản và hay sử dụng:

• Các hàm tính toán (Calculator)

 DecreaseValue: Tăng giá trị của biến

- Tag (In/Out): lựa chọn biến để giảm giá trị

- Value: giá trị sẽ giảm đi sau mỗi lần xuất hiện sự kiện, giá trị này có thể

là một hằng số hoặc một biến khác

 IncreaseValue: Giảm giá trị biến

- Tag (In/Out): lựa chọn biến để giảm giá trị

- Value: giá trị sẽ giảm đi sau mỗi lần xuất hiện sự kiện, giá trị này có thể

là một hằng số hoặc một biến khác

 LinearScaling: hàm tuyến tính Hàm này sẽ tính giá trị của Y =

(a*X)+b, với các giá trị a và b do người lập trình tự chọn (có thể là hằng số hoặc biến) Khi đó giá trị Y sẽ được tính theo hàm ứng với mỗi giá trị của X đưa vào tại thời điểm xuất hiện sự kiện

- Nhập biến lưu giá trị của Y

- Nhập biến lưu giá trị của X

- Nhập biến hoặc hằng số a, b

 InverseLinearScaling: hàm ngược của Linear Scaling, khi đó

giá trị của X sẽ được tính theo giá trị của Y theo công thức: X= (Y-b)/a Các

tham số của hàm cũng nhập tương tự như đối với hàm Linear Scaling.

 SetValue: Đặt giá trị cho biến mỗi khi xuất hiện sự kiện

- Tag(Out): lưu giá trị đặt vào khi xuất hiện sự kiện

- Value: giá trị sẽ được đặt vào Tag khi xuất hiện sự kiện, giá trị này có thể là hằng số hoặc biến

• Các hàm làm việc với Bit (Edit Bit)

- InvertBit: Đảo giá trị Bit chứa trong biến khai báo khi xuất hiện sự

kiện

- SetBit: Set biến khai báo lên 1 khi xuất hiện sự kiện.

- ResetBit: Reset biến khai báo về 0 khi xuất hiện sự kiện.

• Hàm điều khiển màn hình (Screen)

 ActivateScreen: Gọi màn hình có tên được khai báo khi xuất

hiện sự kiện

- Screen name: Nhập tên màn hình cần hiển thị.

- Object number: Để mặc định

 ActivateScreenByNumber: Gọi màn hình có số thứ tự được khai

báo khi xuất hiện sự kiện

- Screen number: Nhập tên màn hình cần hiển thị

- Object number: Để mặc định

 ActivatePreviousScreen: Gọi lại màn hình hiển thị trước đó.

• Một số hàm chức năng khác

- StopRuntime: Dừng các hoạt động Runtime khi có sự kiện xảy ra

Hàm này thường sử dụng khi muốn thoát khỏi chế độ chạy Runtime VD tạo một nút ấn với tác dụng thoát khỏi chế độ chạy Runtime của màn hình

- Update Tag: hàm có tác dụng đọc giá trị của biến một cách tức thời từ

b Liên kết với PC.

Đối với TP 177A để liên kết với PC ta cần sử dụng cáp MPI hoặc DP (dạng chuẩn của Profibus)

Thông thường đều sử dụng cáp MPI

Các bước tiến hành để liên kết với PC

Thiết lập kết nối trên máy tính

• Chọn Start Simatic Step 7 Setting PC/PG Interface

Hình 14

Chọn dạng công truyền thông kết nối với PC Tuỳ thuộc vào loại cáp MPI sử dụng cổng USB hay Com mà ta chọn cổng kết nối thích hợp

Hình 15

Thiết lập cho TP 177A

Chọn Project Tranfer Tranfer Setting

Hình 18

Nhấn Tranfer để kết nối với PC hoặc PLC Ta chọ Tranfer khi muốn Dowload chương trình từ máy tính xuống màn hình

Nhấn Start: chạy chương trình điều khiển đã được nạp vào

Nhấn Control Panel để thiết lập các thông số cho màn hình

Hình 19

Chọn MPI/DP để thiết lập các thông số

Vùng (1): khu vực truyền thông qua cổng nối tiếp

Vùng (2): khu vực truyền thông với cáp MPI

Advanced: cho phép ta thiết lập cho cáp MPI/DP (hình )

Thiết lập bảo mật cho chương trình: ta có thể nhập Password vào khu vực này

để bảo mật cho hệ thống

Hình 22

OP: khu vực cho phép ta thủ nghiệm độ nhạy cảm ứng của màn hình bằng cách

di con trỏ để các vị trí khác nhau của màn hình

Toàn bộ các cửa sổ mói hiện ra đều có thể đóng và đồng ý với thiết lập trên đó bằng cách nhấn các phím và

Download xuống mà hình

Nhân nút Tranfer trên màn hình công nghiệp

Tiến hành truy nhập vào cửa sổ Tranfer (hình 18 ) rồi nhấn Tranfer

8 Ví dụ: Điều khiển và giám sát một bình trộn đơn giản có kết nối màn hình TP 177A với PLC S7 200

Tạo mới một Project trên WinCC Flexible (Xem mục 3.2)

Chọn thiết bị hiển thị là TP 177A (hình 2)

Chọn thiết bị điều khiển PLC S7 200 (hình 5)

Chọn các danh mục được phép hiển thi trên màn hình (hình ….)

Khai báo biến Biến khai báo sẽ được định dạng là biến liên kết với thiết bị điều khiển hay biến nội tại của màn hình công nghiệp Các bước bao gồm:Truy cập vùng khai báo biến (hình…)

Khai báo biến: tên biến, dạng biến (biến liên kết hay biến nội tại), kiểu biến

Tiến hành khai báo các biến:

TankLevel dạng biến liên kết, kiểu dữ liệu là Int và có địa chỉ trên PLC là VW0 Biến này có tác dụng thay lưu giữ giá trị của mức nhiên liệu trong bình trộn

Biến Increase và Decrease là hai biến tăng giảm mức nhiên liệu trong bình Cả hai biến đều được định dạng kiểu Bool và có địa chỉ trên PLC lần lượt là M0.0

và M0.1

Tiến hành thiết kế giao diện cho màn hình

Mở màn hình để thiết kế

Hình 24

Vùng 1: Khu vực cho phép thiết kế giao diện cho màn hình

Vùng 2: Vùng hiển thị các thuộc tính của đối tượng đang được lựa chọn Toàn

bộ thuộc tính của đối tượng đều được hiển thị tại đây: màu sắc, vị trí, kich thước, phông chữ, các sự kiện của đối tượng…

Tạo các nút ấn điều khiển: nút ấn tăng liệu, nút ấn giảm liệu, nút thoát khỏi chế

độ chạy Runtime của màn hình:

Chọn vùng thư viện các biểu tượng đơn giản của WinCC Flexible (hình 25)  chọn nút ấn (Button)

Thêm biểu tượng của bình trộn vào màn hình

Vào thư viện của WinCC  Graphic Symbol Factory 16 colors  Tanks  Chọn dạng bình trộn mong muốn

Kéo biểu tượng được lựa chọn đưa vào vùng thiết kế giao diện

Thêm vùng hiển thị giá trị mức nhiên liệu trong bình

Chọn các biểu tượng cơ bản của thư viện  IO Field

Đưa biểu tượng này vào màn hình

Điều chỉnh các thông số cho vùng vào ra dữ liệu

Định dạng đây là vùng dữ liệu vào ra

Biến hiển thị là TankLevel (giá tri của TankLevel sẽ hiển thị trên vùng dữ liệu này)

Gia tri hiển thị là nguyên và giá trị lớn nhất có thể hiển thị là 999

Định dạng cách hiển thị phong chữ cho vùng dữ liệu này

Hình 27

Sau khi sửa đổi xong ta sẽ có màn hình giao diện:

Hình 28

Tạo chức năng cho các nút điêu khiển

Chọn nút điều khiển  chọn sự kiện xảy ra với nút ấn sẽ gọi hàm chức năng:

Hình 31

Đối với nút ấn Shutdown ta lựa chọn hàm StopRunTime để dừng chế độ chạy RunTime

Hình 32

- Tiến hành Download xuống màn hình

- Kết nối mành hình với thiết bị điều khiển (PLC S7 200)

- Lập trình với thiết bị điều khiển

Viết chương trình hoạt động với S7: Khi các nút điều khiển trên màn hình công nghiệp (Increase và Decrease) tác động sẽ thay đổi giá trị của biến TankLevel Đồng thời trên PLC sẽ có hai đầu vào ứng làm nhiệm vụ tăng giảm giá trị của biến TankLevel

Chương trình điều khiển

NETWORK 1

LD M0.0 // Nút ấn tăng trên màn hình EU

LD I0.0 // nút ấn tăng trên PLC EU

INCW TankLevel NETWORK 2

LD M0.1 // Nút ấn giảm trên màn hình EU

LD I0.1 // nút ấn giảm trên PLC EU

DECW TankLevel

- Tiến hành cho cả PLC và màn hình hoạt động Khi đó ta có thể điều kiển mức nhiên liệu trong bình từ màn hình điều khiển hoặc từ PLC

CÁC HÀM TRONG WinCC FLEXIBLE

Functions

TP 170 A

TP 170 B

OP 170 B

TP 177 A

TP 177 B

OP 177 B

TP 27 0

OP 27 0

TP 27 7

OP 27 7

ActivateScreenByNumber Yes Yes Yes Yes Yes YesActivateFirstChildScreen No Yes No Yes Yes Yes

ActivateCleanScreen Yes yes Yes Yes yes yesActivateRightScreen No Yes No Yes Yes Yes

ActivateParentScreen No Yes No Yes Yes YesActivatePreviousScreen Yes Yes Yes Yes Yes Yes

ScreenObjectCursorDown Yes Yes Yes Yes Yes YesScreenObjectCursorUp Yes Yes Yes Yes Yes YesScreenObjectPageDown Yes Yes Yes Yes Yes YesScreenObjectPageUp Yes Yes Yes Yes Yes Yes

DirectKeyScreenNumber No yes No yes yes yes

IncreaseFocusedValue No yes No yes yes yes

ExportImportUserAdministration No Yes No Yes Yes Yes

HTMLBrowserRefresh No No No No No No

InvertLinearScaling No Yes Yes Yes Yes YesCalibrateTouchScreen Yes yes Yes Yes yes yes

TrendViewScrollForward No Yes No Yes Yes YesTrendViewScrollBack No Yes No Yes Yes Yes

TrendViewRulerForward No Yes No Yes Yes YesTrendViewRulerBackward No Yes No Yes Yes YesTrendViewSetRulerMode No Yes No Yes Yes Yes

TrendViewBackToBeginning No Yes No Yes Yes Yes

GetDataRecordFromPLC No Yes No Yes Yes Yes

GetDataRecordTagsFromPLC No Yes No Yes Yes Yes

DeleteDataRecordMemory No Yes No Yes Yes Yes

ClearAlarmBufferProTool Yes Yes Yes Yes Yes YesAlarmViewEditAlarm Yes Yes Yes Yes Yes YesAlarmViewAcknowledgeAlarm Yes Yes Yes Yes Yes YesAlarmViewShowOperatorNotes Yes Yes Yes Yes Yes Yes

OpenInternetExplorer No No No yes Yes Yes

AcknowledgeAlarm No yes No yes yes yes RecipeViewNewDataRecord No Yes No Yes Yes Yes

RecipeViewGetDataRecordFromPLC No Yes No Yes Yes YesRecipeViewDeleteDataRecord No Yes No Yes Yes Yes

RecipeViewSetDataRecordToPLC No Yes No Yes Yes YesRecipeViewSaveDataRecord No Yes No Yes Yes YesRecipeViewSaveAsDataRecord No Yes No Yes Yes YesRecipeViewSynchronizeDataRecord

RecipeViewRenameDataRecord No Yes No Yes Yes YesRecipeViewShowOperatorNotes No Yes No Yes Yes Yes

SetDataRecordTagsToPLC No Yes No Yes Yes Yes

SetBitWhileKeyPressed Yes Yes No Yes Yes YesSetScreenKeyboardMode No No No No Yes Yes

SimulateSystemkey No yes No yes yes yes

SmartClientViewRefresh No No No yes Yes YesSmartClientViewReadOnlyOff No No No yes Yes YesSmartClientViewReadOnlyOn No No No yes Yes Yes

SmartClientViewDisconnect No No No yes Yes YesSmartClientViewConnect No No No yes Yes YesSmartClientViewLeave No No No yes Yes Yes

StatusForceGetValues No No No Yes Yes YesStatusForceSetValues No No No Yes Yes Yes

SeperateTagFromHandwheel No No No No No No

DecreaseFocusedValue No yes No yes yes yes