Điều khiển máy bơm giao tiếp máy tính bằng wincc

Đồ án giới thiệu về PLC, Nghiên cứu phần mềm Wincc và giao tiếp với máy tính. Đồ án xây dựng sơ đồ khổi cho chương trình trên PLC và thiết kế giao diện điều khiển trên máy tính.

LỜI MỞ ĐẦU

Khoa học kỹ thuật phát triển đã góp phần đáng kể trong việc nâng cao chấtlượng cuộc sống của con người Rất nhiều các ứng dụng khoa học đã được sử dụngrộng rãi, giúp con người làm việc hiệu quả hơn

Trong đó, phải kể đến rất nhiều đóng góp của ngành điện, điện tử Sự ra đời củacác thiết bị số lập trình được có vai trò quan trọng trong sự phát triển của ngành Đặcbiệt là PLC, thiết bị điều khiển khả trình, được ứng dụng rộng rãi trong ngành điềukhiển hiện nay như trong các nhà máy thủy, nhiệt điện, sản xuất xi măng, …

Một ứng dụng nhỏ của PLC trong cuộc sống là điều khiển hệ thống bơm nước

tự động Giúp cho các hộ gia đình, khu chung cư, các trạm tưới tiêu tự động điều tiếtlượng nước trong bồn Hệ thống được giao tiếp với PC, việc điều khiển, giám sát trênmáy tính sẽ tiện lợi rất nhiều cho người sử dụng Chính vì những điều trên mà emchọn đề tài “ Hệ thống giám sát cấp nước tự động” làm đồ án học phần 2

Nội dung đồ án gồm 3 chương như sau:

Chương 1 Tổng quan PLC S7-200 Chương 2 Giám sát hệ thống bằng wincc Chương 3 Thiết kế mô hình

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-2001.1 Giới thiệu chung

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trìnhđược (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông quamột ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tựcác sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác độngvào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện đượcđếm

Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiểnbên ngoài được gọi là thiết bị vật lý Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trongchương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ

ra tại các thời điểm đã lập trình

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối ( bộ điềukhiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau :+ Lập trình dể dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học

+ Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản, sửa chữa

+ Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp.+ Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

+ Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các môModule mở rộng

+ Giá cả cạnh tranh được

Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và cácLogic thời gian Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ vàtính dể dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả… Chính điều này

đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp Các tập lệnhnhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghidịch… sau đó là các chức năng làm toán trên các máy tính… Sự phát triển các máytính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I / O nhiều hơn

Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trìnhđiều khiển hoặc xử lý hệ thống Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được

xác định bởi một chương trình Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC,PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này Như vậy nếu muốn thayđổi hay mở rộng chức năng của qui trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trìnhbên trong bộ nhớ của PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiệnmột cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hayRelay.

1.2 Cấu trúc phần cứng PLC S7-200

1.2.1 Cấu trúc bên ngoài của PLC - S7-200

PLC Step 7 thuộc họ Simatic do hãng Siemens sản xuất Đây là loại PLC hỗnhợp vừa đơn khối vừa đa khối

Cấu tạo cơ bản của loại PLC này là một đơn vị cơ bản sau đó có thể ghép thêmcác Module mở rộng về phía bên phải, có các Module mở rộng tiêu chuẩn

Hình dáng bên ngoài của PLC S7-200 như hình 1.1

Hình 1.1: Hình khối mặt phía trước PLC

1.2.2 Chế độ làm việc

Công tắc chọn chế độ làm việc có ba vị trí:

+ RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ PLC sẽ tự

chuyển về trạng thái STOP khi máy có sự cố, hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP,

do đó khi chạy nên quan sát trạng thái thực của PLC theo đèn báo

+ STOP: Cưỡng bức PLC dừng công việc đang thực hiện, chuyển về trạng thái

nghỉ ở chế độ này PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một chươngtrình mới

+ TERM: Cho phép PLC tự quyết định một chế độ làm việc (hoặc RUN hoặc

STOP)

 Chỉnh định tương tự: Núm điều chỉnh tương tự đặt dưới nắp đậy cạnh cổng ra, núm

điều chỉnh tương tự cho phép điều chỉnh tín hiệu tương tự, góc quay được 2700

 Pin và nguồn nuôi bộ nhớ: Nguồn pin được tự động chuyển sang trạng thái tích

cực khi dung lượng nhớ bị cạn kiệt và nó thay thế để dữ liệu không bị mất

 Cổng truyền thông: S7-200 sử dụng trong truyền thông nối tiếp RS 485 với phích

cắm 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các PLC khác.Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 boud

1.2.3 Các chân của cổng truyền thông

1.2.4 Một số thông số kĩ thuật của S7-200 CPU22x

Bảng 1.1 Một số thông số kĩ thuật của S7-200 1.2.5 Các module vào ra mở rộng

 CPU 214 cho phép mở rộng nhiều nhất 7 Module Các module mở rộng tương

tự và có thể mở rộng cổng vào của PLC bằng cách ghép nối thêm vào các module mở

rộng về phía bên phải của CPU, làm thành một móc xích Địa chỉ của các vị trí của cácmodule được xác định cùng kiểu.

Sau đây là địa chỉ của một số module mở rộng trên CPU214

Hình 1.3 Cấu trúc bộ nhớ S7-200

1.3.1 Vùng nhớ chương trình

Vùng nhớ chương trình là miền bộ nhớ được sử dụng để lưu giữ các lệnhchương trình Vùng này thuộc kiểu không đổi (non-volatile) đọc / ghi được

 Vùng dữ liệu được chia thành các vùng nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau.Chúng được ký hiệu bằng chữ cái đầu theo từ tiếng Anh, đặt trưng cho công cụ riêngcủa chúng như sau:

V : Variable Memory

I : Input image register

O : Output image regiter

M : Internal Memory bits

SM : Special Memory bits

1.3.4 Địa chỉ các vùng nhớ của S7-200 CPU 224

- Đầu vào (Input): I0.0→I0.7; I1.0→I1.5; I2.0→I2.7

- Đầu ra (Output): Q0.0→Q0.7; Q1.0→Q1.1

- Bộ đệm ảo đầu vào: I0.0→I15.7 (128 đầu vào)

- Bộ đệm ảo đầu ra: Q0.0→Q15.7 (128 đầu ra)

- Đầu vào tương tự: AIW0→AIW62

- Vùng nhớ L (địa phương) LB0→LB63

- Vùng nhớ SM: SM0.0→549.7 và SM0.0→SM29.7 (read-only)

- Vùng nhớ Timer: T0→T255

- Vùng nhớ Counter: C0→C255

- Vùng nhớ bộ đếm tốc độ cao: HC0→HC5

- Vùng nhớ trạng thái (Logic tuần tự): S0.0→S31.7

- Vùng nhớ thanh ghi tổng: AC0→AC3

- Khả năng quản lý Label: 0→255

- Khả năng quản lý chương trình con: 0→63

- Khả năng mở rộng chương trình ngắt: 0→127

1.3.5 Truy cập dữ liệu tại các vùng nhớ của S7-200

1.3.5.1 Truy cập theo bit

1.3.5.2 Truy cập theo byte

1.3.5.3 Truy cập theo word (từ)

1.3.5.4 Truy cập theo Double word ( Từ kép)

1.4 Tập lệnh S7-200

1.4.1 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình

 Trong S7-200 cho phép lựa chọn 3 ngôn ngữ lập trình:

- Ngôn ngữ LADDER (LAD)

S7-200 đọc chương trình từ trên xuống dưới, từ trái qua phải, sau đó lặp lại ở



vòng quét tiếp theo

S7-200 đọc chương trình từ trên xuống dưới, sau đó lặp lại ở vòng quét tiếp

S7-200 đọc chương trình từ trên xuống dưới, từ trái qua phải, sau đó lặp lại ở



vòng quét tiếp theo

Ví dụ ngôn ngữ FBD

1.4.2 Tập lệnh

1.4.2.1 Lệnh về bit

1.4.2.2.Timer: TON, TOF, TONR

TON: Delay On TOF:

Delay Off

TONR: Delay On có nhớ

 TON:

IN: BOOL: cho phép Timer

PT: Int: giá trị đặt cho timer(VW, IW, QW, MW, SW,

SMW,LW, AIW, T, C, AC, Constant, *VD, *LD, *AC) Txxx: số hiệu Timer.

Trong S7_200 có 256 Timer, ký hiệu từ T0-T255

 Các số hiệu Timer trong S7_200 như sau:

IN: BOOL: cho phép Timer

PT: Int: giá trị đặt cho timer(VW, IW, QW, MW, SW,SMW,LW, AIW, T, C, AC, Constant, *VD, *LD, *AC)

IN: BOOL: cho phép Timer

PT: Int: giá trị đặt cho timer(VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, AIW, T, C,

AC, Constant, *VD, *LD, *AC)

1.4.2.3 Counter

Counter Up(đếm lên)

CU: kích đếm lên Bool R:reset BoolPV:giá trị đặt cho counter INT

PV: VW, IW, QW, MW, SMW, LW, AIW, AC, T, C,

Constant, *VD, *AC, *LD, SW

Mô tả: Mỗi lần có một xung cạnh lên ở chân CU, giá trị bộ đếm (1 Word) được tăng

lên 1 Khi giá trị hiện tại lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt PV(Preset value), ngõ ra sẽđược bật lên ON

Khi chân Reset được kích (xung lên) giá trị hiện tại bộ đếm và ngõ ra được trả về 0 Bộđếm ngưng đếm khi giá trị bộ đếm đạt giá trị tối đa là 32767 (216 – 1)

Counter Down(đếm xuống)

CU: kích đếm lên Bool

R:reset Bool PV:giá trị đặt cho counter INT

PV: VW, IW, QW, MW, SMW, LW, AIW, AC, T, C,

Constant, *VD, *AC, *LD, SW

Mô tả: Khi chân LD được kích (xung lên) giá trị PV được nạp cho bộ đếm.

Mỗi lần có một xung cạnh lên ở chân CD, giá trị bộ đếm (1 Word) được giảm xuống 1.Khi giá trị hiện tại của bộ đếm bằng 0, ngõ ra sẽ được bật lên ON và bộ đếm sẽ ngưngđếm

 Counter Up/Down (đếm lên/xuống):

Cxxx: số hiệu counter (0-255)

CU: kích đếm lên Bool CD: kích đếm xuống Bool R:reset Bool

PV:giá trị đặt cho counter INT

PV: VW, IW, QW, MW, SMW, LW, AIW, AC, T, C,Constant,*VD, *AC, *LD, SW

Mô tả: Mỗi lần có một xung cạnh lên ở chân CU, giá trị bộ đếm (1 Word) được

tăng lên 1 Mỗi lần có một xung cạnh lên ở chân CD, giá trị bộ đếm được giảm xuống

1 Khi giá trị hiện tại lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt PV(Preset value), ngõ ra sẽ đượcbật lên ON Khi chân R được kích (xung lên) giá trị bộ đếm và ngõ Out được trả về 0

- Giá trị cao nhất của bộ đếm là 32767 và thấp nhất là –32768 Khi giá trị bộđếm đạt ngưỡng

1.4.2.4 Lệnh MOVE

Trong S7_200 có các hàm Move sau:

- Move_B: Di chuyển các giá trị cho nhau trong giới hạn 1 Byte

- Move_W: Di chuyển các giá trị nguyên cho nhau trong giới hạn Word

- Move_DW: Di chuyển các giá trị nguyên cho nhau trong giới hạn 1 DWord

- Move_R: Di chuyển các giá trị thực cho nhau trong giới hạn 1 Dint

Move_B

EN: ngõ vào cho phép

IN Ngõ vào: VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB,

AC, Constant, *VD, *LD, *AC

OUT Ngõ ra VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, *VD, *LD, *AC

Khi có tín hiệu ở ngõ cho phép, lệnh sẽ chuyển nội dung của ô nhớ trong (IN)sang ô nhớ trong OUT

MOVE_W

EN: ngõ vào cho phép IN Ngõ vào: VW, IW,

QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AIW,Constant, AC, *VD, *AC, *LD

OUT Ngõ ra: VW, T, C, IW, QW, SW, MW,SMW, LW, AC, AQW, *VD,*AC, *LD

Khi có tín hiệu ở ngõ cho phép,lệnh sẽ chuyển nội dung của ô nhớ trong

(IN) sang ô nhớ trong OUT

MOVE_DW

EN: ngõ vào cho phép

IN Ngõ vào: VD, ID, QD, MD, SD, SMD,

LD, HC, &VB, &IB, &QB, &MB, &SB, &T,

&C, &SMB, &AIW, &AQW AC,Constant,*VD, *LD,*AC

OUT Ngõ ra: VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD,

AC, *VD, *LD, *ACKhi có tín hiệu ở ngõ cho phép,lệnh sẽ chuyển nội dung của ô nhớ trong

(IN) sang ô nhớ trong OUT

Khi có tín hiệu ở ngõ cho phép,lệnh sẽ chuyển nội dung của ô nhớ trong

(IN) sang ô nhớ trong OUT

1.4.2.5 Các lệnh so sánh

So sánh byte:

Tương tự các hàm so sánh cho Byte, ta cũng có các lệnh so sánh cho số Int,Dint, Real

Chương 2 GIÁM SÁT HỆ THỐNG BẰNG WINCC 2.1 Tổng quan về wincc

2.1.1 Giới thiệu về WinCC

WinCC ( Windows Control Center ): là chương trình kết hợp với PLC dùng đểgiám sát, thu thập dữ liệu và điều khiển các hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất

nó là một chương trình HMI (Human Machine Interface) hổ trợ người dùng lập trình

thiết kế giao diện người – máy

WinCC là hệ thống trung tâm điều khiển của cả hệ thống, nó cung cấp các tínhnăng như: hiển thị hình ảnh, các số liệu, lưu trữ dữ liệu, cảnh báo, giao diện than thiện,

dễ điều khiển…

Dưới đây là cách thức tạo một dự án mẫu:

Đầu tiên là mở giao diện WinCC:

Vào menu => simatic => WinCC => windows control Center 7.0.

Hình 2.1 Cách vào WinCC 7.0

Khi đó màn hình sẽ hiện lên thông báo tạo mới dự án như sau:

 Single User Project :tạo dự

 án với 1 máy chủ

 Multi-User Project : tạo dự

 án với nhiều máy tính nối mạng

 Client Project :tạo dự án với 2 máy kết nối nhau

Nhấn chọn Single User Project và OK

Hình 2.2 Tạo 1 project mới

Sau đó hộp thoại mới xuất hiện để tạo tên dự án và nơi lưu trữ như hình:

Hình 2.3 Tạo 1 project mới

Khi đó cửa sổ soạn thảo giao diện xuất hiện như hình:

Hình 2.4 Giao diện làm việc khi tạo project

Để kết nối với PLC thì cần liên kết với DRIVER Chọn phải chuột vào Tag

Management và chọn Add New Driver:

Hình 2.5 Kết nối PLC với máy tính

Khi đó hộp thoại Add New Driver xuất hiện và chọn OPC.CHN và chọn OK.

Hình 2.6 Kết nối PLC với máy tính

2.1.2 Tạo biến nội

Trong WinCC có 2 cách tạo biến là Biến nội :là các vùng nhớ có sẳn trongWinCC nhằm mô phỏng hệ thống trên giao diện WinCC như một PLC ảo và biếnngoại dùng để kết nối giữa PLC thực tế và giao diện WinCC phần này sẽ được nói

đến trong phần giới thiệu về PC ACCESS trong phần tiếp theo Để tạo các biến nội thì

trong mục Internal tags nhấp phải chuột chọn new tags

Hình 2.7 Tạo biến nội

Sau đó đặt tên cho biến đó và chọn kiểu của biến vừa thiết lập với:

Binary tag: kiểu nhị phân.

Unsigned 8 - bit value:kiểu số nguyên 8 bit không dấu.

Signed 8 - bit value: kiểu số nguyên 8 bit có dấu.

Unsigned 16 - bit value: kiểu số nguyên 16 bit không dấu.

Signed 16 - bit value: kiểu số nguyên 16 bit có dấu.

Unsigned 32 - bit value: kiểu số nguyên 32 bit không dấu

Signed 32 - bit value: kiểu số nguyên 32 bit có dấu

Floating Point Number 32 bit IEEE 754: kiểu số thực 32 bit theo tiêu chuẩn

của IEEE 754

Floating Point Number 64 bit IEEE 754: kiểu số thực 32 bit theo tiêu chuẩn

của IEEE 754

Text tag 8 bit character set: kiểu ký tự 8 bit.

Text tag 16 bit character set: kiểu ký tự 16 bit.

Raw Data type: kiểu dữ liệu thô.

Hình 2.8 Tạo kiểu dữ liệu cho biến

Sau đó biến được tạo ra trong thư viện, các biến khác thực hiện tương tự sau khitạo xong thì liên kết các biến này với các phần trong giao diện:

Hình 2.9 Biến sau khi tạo

2.1.3.Thiết lập giao diện và các thuộc

tính

Để thiết lệp giao diện điều khiển

thì trong giao diện WinCC click chuột phải vào Graphics Dedigner chọn new

picture:

Sau đó click chuột phải vào nó và chọn rename picture để đổi tên cần dùng và

nhấp dúp vào để bắt đầu thiết kế giao diện điều khiển:

Hình 1.10 Tạo giao diện hoạt động

Sau đó một một file ảnh được tạo với tên mặc định là “NewPdl0.Pdl” để đổi tênfile ảnh vừa tạo, nhấp chọn file ảnh và phải chuột chọn “Rename picture”

Hình 2.11 Tạo giao diện hoạt động

 Khi đó trên màn hình hiển thị

 hộp thoại “New Name”:

Cửa sổ Graphics Designer: Giao

diện ban đầu của cửa sổ Graphics

Designer:

Hình 2.12 Giao diện của cửa sổ Graphics Designer

Hình ảnh quá trình:

Tất cả các đối tượng hình cần dùng cho hình ảnhquá trình được lấy trong thư viện của WinCC hoặc cóthể tự thiết kế mới Trên bảng chọn lệnh vào Viewchọn Library

Hoặc cũng có thể nhấp vào biểu tượng Library trênthanh công cụ

Hình 2.13 Quá trình lấy các hình mẫu

Hộp thoại Library xuất hiện như trên, để lấy hình ảnh ra ngoài làm việc cầnnhấp chọn và kép thả ra ngoài giao diện

 Tạo nút nhấn:

Trong bảng các đối tương điều khiển vào

“Window Objects” chon vào biểu tượng “Button”