Điều khiển hệ thống trộn polymer sử dụng PLC trong nhà máy sản xuất núi pháo

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, qua nghiên cứu tài liệu cùng với sự hướng dẫn tận tình của cô giáo T.s Nguyễn Thị Thanh Bình và các thầy cô giáo trong khoa, em đã tìm hiểu Điều khi

LỜI MỞ ĐẦU

Trong công cuộc đổi mới đất nước hiện nay, ngành tự động hóa đóng vai trò hết sức quan trọng Là một sinh viên tự dộng hóa trong quá trình học ở trường em

đã tiếp thu được kiến thức lý thuyết và đã cố gắng hoàn thành những chương trình

lý thuyết mà nhà trường đã truyền đạt Những lý thuyết chuyên ngành tự động hóa rất quý báu cho em đế trở thành một kỹ sư có trình dộ chuyên môn , vững vàng trong công tác, góp phần sức lực nhỏ bé của mình cho quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước

Do tính chất quan trọng và thiết thực của công tác làm đồ tốt nghiệp, với mục đích giúp các sinh viên có được hiểu biết về thực tế công việc, vận dụng các kiến thưc, lý thuyết đã học Nhà trường đã tổ chức cho các sinh viên nghiên cứu và làm đồ án tốt nghiệp trong 12 tuần

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, qua nghiên cứu tài liệu cùng với sự hướng dẫn tận tình của cô giáo T.s Nguyễn Thị Thanh Bình và các thầy cô giáo trong khoa, em đã tìm hiểu Điều khiển hệ thống trôn Polymer sử dụng PLC trong nhà máy sản xuất núi pháo

Báo cáo đồ án tốt nghiệp của em gồm những nội dung như sau:

Chương 1: Tổng quan về nhà máy núi pháo

Chương 2: Giới thiệu về S7-300 và WinCC

Chương 3: Điều khiển hệ thống trộn Polymer sử dụng PLC trong nhà máy sản xuất núi pháo

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của giảng viên T.s Nguyễn Thị Thanh Bình đã giúp đỡ em rất nhiều để em hoàn thành báo cáo này.

Sinh viên

Đinh Văn Chung

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan: Toàn bộ nội dung đồ án tốt nghiệp “Điều khiển hệ thống trôn Polymer sử dụng PLC trong nhà máy sản xuất núi pháo” là do em tự học từ bài giảng của các thầy cô giáo, tìm hiểu tài liệu trên internet và sách tham khảo Không sao chép từ bất kỳ một đồ án tốt nghiệp nào khác

Sinh viên

Đinh Văn Chung

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

LỜI CẢM ƠN 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NÚI PHÁO 7

1.1 Giới thiệu về nhà máy núi pháo 7

1.1.1 Lich sử phát triển 7

1.1.2 Nhà máy núi pháo 8

1.2 Chu trình hoạt động của hệ thống 10

1.3 Sản phẩm 11

1.3.1 Muối Ammoni Paratungstate 11

CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-300 VÀ WINCC 15

2.1.Tổng quan về PLC S7-300 15

2.2 Giới thiệu về Simatic S7-300 15

2.2.1 Cấu trúc, chức năng PLC S7-300 15

2.2.2 Module CPU 16

2.2.3 Module mở rộng 18

2.2.4 Cấu trúc bộ nhớ của CPU 19

2.2.5 Ngôn ngữ lập trình cho PLC S7 - 300 20

2.2.6 Giới thiệu về WINCC (Windows Control Center) 27

2.2.7 Chức năng của WinCC 28

2.2.8 Các kiểu dữ liệu 30

2.2.9 Các bước tạo một dự án WinCC 31

2.2.10 Các module của chức năng soạn thảo 31

2.2.11 Chạy chương trình Runtime (Runtime Software RT) 36

CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRỘN POLYMER SỬ DỤNG PLC

TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT NÚI PHÁO 38

3.1.Mô tả hệ thống Polymer 38

3.2 Nguyên lý hoạt động 42

3.3 Trang bị điện cho hệ thống trộn Polymer 42

3.3.1 Thông số lựa chọn thiết bị của hệ thống 42

3.3.2 Sơ đồ điều khiển hệ thống 45

3.3.3 Mạch cấp nguồn cho động cơ 46

3.3.4.Mạch bảo vệ và cấp nguồn cho máy rung và cơ cấu truyền hút chân không 47

3.3.5.Mạch điều khiển điện áp cho hệ thống 48

3.4.1 THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH 49

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1.Dự án núi pháo chỉ là bão đất trống 7

Hình 1.2 Nhà máy núi pháo 8

Hình 1.3 Thông tin chính 9

Hình 1.4 Sản lượng dự tính 10

Hình 1.5 Sản lượng đạt được 10

Hình 1.6 Chu trình công nghệ 10

Hình 1.7 Muối Ammoni Paratungstate 12

Hình 1.4 Bảng đặc tính 12

Hình 1.8 Blue Tungsten Oxide 12

Hình 1.9 Bảng đặc tính 13

Hình 1.10 Yellow Tungsten Oxide 13

Hình 1.11 Bảng đặc tính 13

Hình 2.1 Simatic 7-300 15

Hình 2.2 Module phía sau Simatic 16

Hình 2.3 Sơ đồ module CPU 17

Hình 2.4 Các nhóm Tag và Tags trong Tag Management của WinCC 32

Hình 2.5 Cửa sổ Graphics Designer 32

Hình 2.6 Cửa sổ Tag-Logging Editor 34

Hình 2.7 Cửa sổ Alarm Logging Editor 35

Hình 2.8: Thiết lập thuộc tính Runtime 36

Hình 3.1 Hệ thống trộn Tomal Polymer 4.0 38

Hình 3.2 Bản vẽ kỹ thuật của hệ thống 39

Hình 3.3 Tủ điện điều khiển cho hệ thống 45

Hình 3.4 Mạch bảo vệ và cấp nguồn cho tay trộn và phễu tiếp liệu 46 Hình 3.5 Mạch bảo vệ và cấp nguồn cho máy rung, cơ cấu truyền chân không và

buồng sấy 47 Hình 3.6 Mạch điều khiển điện áp cho hệ thống 48

bảo em trong suốt quá trình làm đồ án

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Tự động hóa đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ

em trong suốt quá trình học tập

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành

đồ án

Sinh viên Đinh Văn Chung

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NÚI PHÁO

1.1 Giới thiệu về nhà máy núi pháo

1.1.1 Lich sử phát triển.

Giữa thập niên 1990, công ty khoáng sản Tiberon Minerals của Canada phát hiện ra khu vực Núi Pháo, huyện Đại Từ, Thái Nguyên là một mỏ đa kim có trữ lượng lớn với các khoáng sản có giá trị cao, gồm vonfram, bismut và florit Khi đi vào hoạt động, mỏ Núi Pháo sẽ trở thành nhà cung cấp vonfram và bismut lớn nhất

và nhà cung cấp florit lớn thứ 2 bên ngoài Trung Quốc

Sau một thời gian dài thăm dò và lập dự án, đến đầu năm 2004, liên doanh Nuiphaovica – do Tiberon sở hữu 70%, phần còn lại thuộc về 2 đối tác trong nước – đã nhận được giấy phép đầu tư

Cuối năm 2006 Việt Nam sau khi gia nhập WTO, công ty quản lý quỹ Dragon Capital đã thực hiện thương vụ đầu tư lớn nhất trong lịch sử của mình: chi

251 triệu USD để sở hữu toàn bộ Tiberon Minerals

Sau khi tiếp quản, Dragon Capital kỳ vọng dự án có thể vận hành từ năm

2009 Tuy nhiên, do khủng hoảng tài chính toàn cầu nên Dragon Capital không thể giải được bài toán huy động vốn để triển khai dự án Để triển khai tiếp dự án này, chủ đầu tư cần phải có nguồn tài chính lớn, ước tính tại thời điểm đó lên tới gần

500 triệu USD

Đến đầu năm 2010, sau 6 năm nhận được giấy phép, dự án Núi Pháo cơ bản vẫn chỉ nằm trên giấy ngoài việc giải phóng được vỏn vẹn 2% diện tích mặt bằng cần thiết Nuiphaovica đứng trước nguy cơ bị thu hồi giấy phép

Hình 1.1.Dự án núi pháo chỉ là bão đất trống

Và rồi Masan Group xuất hiện, mua lại toàn bộ 70% lợi ích tại dự án Núi Pháo do Dragon Capital nắm giữ cũng như 30% lợi ích nắm giữ bởi nhà đầu tư trong nước

Thương vụ mua lại dự án Núi Pháo là một trong những thương vụ M&A phức tạp nhất từ trước đến nay với một loạt các giao dịch phát hành hối phiếu nhận

nợ, quyền chọn mua, quyền chọn bán

Đến cuối năm 2013, khi hai bên hoàn tất các điều khoản của thương vụ này, phía Dragon Capital đã nhận về gần 30 triệu cổ phiếu Masan Group cùng một lượng lớn tiền mặt Đổi lại, phía Masan đã trực tiếp sở hữu hơn 3/4 lợi ích của dự

án Núi Pháo

1.1.2 Nhà máy núi pháo.

1.1.2.1.Giới thiệu chung

Công ty TNHH Khai thác chế biến khoáng sản Núi Pháo.(Công ty con của Công ty cổ phần tài nguyên Ma San - Masan Resources) Dự án đa kim Núi Pháo, trải rộng trên diện tích 9.21 km2, nằm ở huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên, cách Hà Nội khoảng 80km về phía Tây Bắc bằng đường bộ Địa điểm mỏ có vị trí rất thuận tiện, dễ dàng tiếp cận bằng đường bộ thông qua Quốc lộ 37 và tiếp giáp với tuyến

Phòng và cảng Cái Lân mới ở tỉnh Quảng Ninh, lần lượt khoảng 180 km và

240km, thuận tiện cho việc vận chuyển sản phẩm dự án

Hình 1.2 Nhà máy núi pháo.

1.1.2.2 Mô tả.

Núi Pháo là một mỏ vonfram - đa kim độc đáo, hiện nay là một trong những

nhà sản xuất vonfram có chi phí thấp nhất thế giới

Vị trí đia lý Huyện Đại từ, Tỉnh Thái Nguyên, Việt Nam

Khoáng sản Vônfram, Flo-rít , bít-mut, đồng

Tài nguyên(WO3)(2014)

Chắc chắn + Tin cậy 65.0 triệu tấn với hàm lượng WO3 tương đương 0.1%Chắc chắn + Tin cậy + Dự tính 97.4 triệu tấn với hàm lượng WO3 tương đương 0.1%

Trữ lượng (WO3)(2014)

Xác định + Tin cậy 66.0 triệu tấn với hàm lượng WO3 tương đương 0.1%

Hình 1.3 Thông tin chính 1.1.2.3 Khoáng sản

Núi Pháo có lịch sử thăm dò và khai thác lâu dài Theo "Báo cáo kết quả thăm dò chi tiết của mỏ đa kim Vonfram Núi Pháo" được Hội đồng Đánh giá Trữ lượng Khoáng sản Quốc gia phê duyệt, tổng trữ lượng tài nguyên của mỏ Núi Pháo được xác định là 110.260.000 tấn, trong đó Cấp trữ lượng 111 là 30.500.000 tấn, Cấp trữ lượng 122 là 52.720.000 tấn (có hàm lượng biên tương đương là 0.2% WO3 vào năm 2003), và Cấp trữ lượng 333 là 27.040.000 tấn

Tài nguyên của mỏ Núi Pháo ban đầu được AMEC ước tính và được Cube Consulting tính lại vào năm 2011 và 2014, theo JORC Code Cube Consulting đã

sử dụng tổng cộng 376 lỗ khoan để dự tính tài nguyên vào năm 2014, trong đó 78

lỗ khoan với chiều dài 8.762 m đã được khoan từ lần tái ước tính trước đó vào năm 2011

QuặngLoại Tấn (‘000) Vonfram(%) Flotit(%) Đồng(%) Bismut(%)Chắc chắn + Tin cậy

Tài nguyên quặng có hàm lượng biên tương đương trên 0,123% WO3

Tương đương tính đến tháng 11 năm 2014

QuặngLoại Tấn (‘000) Vonfram(%) Flotit(%) Đồng(%) Bismut(%)

Hình 1.5 Sản lượng đạt được

Với những kết quả trên đây, Núi Pháo được coi là một trong những mỏ

Vonfram đang hoạt động lớn nhất được xác định ngoài Trung Quốc, với trữ lượng

66 triệu tấn WO3 ở mức hàm lượng trung bình là 0.18%

1.2 Chu trình hoạt động của hệ thống

Hình 1.6 Chu trình công nghệ

Quá trình tuyển quặng trải qua các giai đoạn sau:

-(1): Máy đập hàm làm nhỏ kích thước các khối đá chứa quặng

-(2): Nghiền và tách các loại quặng bằng các phản ứng hóa học v v

-(3): Bột quặng lúc này vẫn lẫn tạp chất, chưa đạt yêu cầu Bởi vậy sẽ được trộn với dung dich thuốc tuyển

-(4): Liên kết vật lý xảy ra giữa cation và anion polymer

-(5): Sử dụng các phương pháp điện phân, thủy phân, nhiệt phân cho ra mẻ quặng tinh khiết

3.2 Đáp ứng của hệ thống

Từ sơ đồ công nghệ chế biến quặng phần trên, ta thấy được tầm quan trọng của dung dịch thuốc tuyển Dung dịch thuốc tuyển cần đảm bảo các yêu cẩn sau đây:

-Nồng độ dung dịch tùy vào yêu cầu tuyển khoáng thường là 0.25% hoặc 0.5%.-Tốn ít nguyên liệu nhất để đạt được nồng độ yêu cầu (7.7 ÷9.5 kilogram để đạt được nồng độ 0.5% và 3.8÷4.7 kilogam để đạt được nồng độ 0.25%)

-Thời gian điều chế tối đa từ 45 đến 60 phút

Hệ thống trộn Tomal Polyrex 4.0 hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu về dung dịch sau điều chế như trên Mặt khác nó còn đáp ứng một số yêu cầu để làm việc trong môi trường công nghiệp như sau:

-Đáp ứng các phép định lượng với độ chính xác cao

-Cơ cấu nạp liệu đa trục vít

-Các thùng chứa bằng thép không rỉ, cơ cấu máy vững chắc

-Người dùng dễ dàng diều khiển nhờ sử dụng bộ điều khiển PLC với màn hình cảm ứng

1.3 Sản phẩm

1.3.1 Muối Ammoni Paratungstate

Muối Ammoni Paratungstate là muối tinh thể có màu trắng có độ tinh khiết

hóa học cao Sản phẩm này đóng vai trò trung gian cho hàng loạt các ứng dụng như sản xuất sản phẩm vonfram oxit và bột vonfram kim loại, axit vonfram, thành phần kim loại hữu cơ và là chất xúc tác hoặc ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất có giá trị tinh khiết cao

Hình 1.7 Muối Ammoni Paratungstate

PopertiesCông thức hóa học (NH4)10(2W12O42).4H2O

Hình dạng bên ngoài Muối tinh thể màu trắng

Hình 1.4 Bảng đặc tính

 Blue Tungsten Oxide(BTO)

Blue Tungsten Oxide(BTO) là dạng Oxit Vonfram hoặc Vonfram Trioxit hỗn hợp hợp hóa học chứa oxy và bột vonfram kim loại đã biến đổi Đây là chất trung gian thu được trong quá trình thu hồi vonfram từ quặng

-Hình 1.8 Blue Tungsten Oxide

Poperties

Hình dạng bên ngoài Bột màu xanh đậm

Hình 1.9 Bảng đặc tính

 Yellow Tungsten Oxide (YTO )

Yellow Tungsten Oxide (YTO ) là một dạng oxit vonfram hoặc vonfram trioxit-một hỗn hợp hóa học chứa oxy và bột vonfram kim loại đã biến đổi Nó là chất trung gian thu được trong quá trình thu hồi vonfram từ quặng

Hình 1.10 Yellow Tungsten Oxide

PopertiesCông thức hóa học W2O3

Khối lượng Mol 231.84 g/mol

Hình dạng bên ngoài Bột màu vàng, đôi khi có màu xanh nõn chuối nhạt

Hình 1.11 Bảng đặc tính

KẾT LUẬN

Trong chương 1 đã nghiên cứu về:

-Tìm hiểu quá trình phát triển của nhà máy khoáng sản núi pháo Đây là một

mỏ Vonfram- đa kim độc đáo Hiện là nhà máy có chi phí sản xuất thấp nhất thế giới

-Tìm hiểu chu trình hoạt động của hệ thống, các giai đoạn của quá trình tuyển quặng Từ sơ đồ công nghệ chế biến quặng ta thấy được tầm quan trọng của dung dịch thuôc tuyển với các yêu cầu cần đảm bảo của dung dịch đó và hệ thống trộn hoàn toàn đáp ứng dung dịch tuyển sau điều chế và một số yêu cầu để làm việc trong môi trường công nghiệp Một trong những yêu cầu đó là người vận hành dễ dàng điều khiển nhờ bộ điều khiển PLC và màn hình cảm ứng

Ngoài ra còn tìm hiểu về một số sản phẩm đó là muối Ammoni Paratungstate Đóng vai trò trung gian cho các úng dụng như sản phảm Vofram oxit và bột vofram kim loại( Blue Tungsten oxide và Yellow Tungsten oxide)

CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-300 VÀ WINCC

2.1.Tổng quan về PLC S7-300

Thiết bị điều khiển logic lập trình (Programmable Logic Control , viết tắt là PLC ) là dạng thiết bị điều khiển đặc biệt sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ các lệnh và thực hiện các chức năng như: thực hiện các phép toán logic, lập chuỗi, định giờ, đếm và các thuật toán để điều khiển máy và các quá trình PLC được thiết kế có sẵn giao diện cho các thiết bị vào/ra và có thể lập trình với ngôn ngữ lập trình đơn giản và dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép toán logic và chuyển mạch, cho phép các kĩ sư không yêu cầu cao về máy tính và ngôn ngữ máy tính cũng có thể sử dụng được

2.2 Giới thiệu về Simatic S7-300.

Hình 2.1 Simatic 7-300

2.2.1 Cấu trúc, chức năng PLC S7-300

Các khối chức năng

- Khối tín hiệu (SM:singnal module)

- Khối ngõ vào digital: 24VDC, 120/230VAC

- Khối ngõ ra digital: 24VDC

- Khối ngõ vào analog: Áp, dòng, điện trở, thermocouple

- Khối giao tiếp (IM): Khối IM360/IM365 dùng để nối nhiều cấu hình Chúng điều khiển nhiều thanh ghi của hệ thống

- Khối giả lập (DM): Khối giả lập DM370 dự phòng các khối tín hiệu chưa được chỉ định

- Khối chức năng (FM): thể hiện những chức năng đặc biệt sau:

PLC S7-300 cấu trúc dạng module gồm các thành phần sau:

 CPU các loại khác nhau: 312IFM, 312C, 313, 313C, 314, 314IFM, 314C, 315, 315-2 DP, 316-2 DP, 318-2

 Module tín hiệu SM xuất nhập tín hiệu tương đồng/số: SM321, SM322, SM323, SM331, SM332,SM334, SM338, SM374

 Module ghép nối IM: IM360, IM361, IM365

Các module được gắn trên thanh ray như hình dưới, tối đa 8 module SM/FM/CP ở bên phải CPU, tạo thành một rack, kết nối với nhau qua bus connector gắn ở mặt sau của module

Hình 2.2 Module phía sau Simatic

Các CPU 312 IFM, 314 IFM, 31xC có tích hợp sẵn một số module mở rộng

 CPU 312 IFM, 312C: 10 ngõ vào số địa chỉ I124.0 …I124.7, I125.1; 6 ngõ ra số Q124.0, Q124.5

 CPU 313C: 24DI I124.0 126.7, 16DO Q124.0 125.7, 5 ngõ vào tương đồng AI địa chỉ 725 761, hai ngõ ra AO 752 755

 CPU 314 IFM: 20 ngõ vào số I124.0 126.7, 16 DO Q124.0…125.5, 16 ngõ ra số Q124.0…Q125.7, 4 ngõ vào tương đồng PIW 128, PIW 130, PIW 132, PIW134; 1 ngõ ra tương đồng PQW 128

Module CPU:

Các module CPU khác nhau có chức năng khác nhau, vận tốc xử lý lệnh…

Hình 2.3 Sơ đồ module CPU

Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các

bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485)… và có thể có 1 vài cổng vào ra

số Các cổng vào ra số có trên module CPU được gọi là cổng vào/ra onboard

PLC S7_300 có nhiều loại module CPU khác nhau Chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như module CPU312, module CPU314, module CPU315…Những module cùng sử dụng 1 loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được

phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ IFM(Intergrated Function Module) Ví dụ như Module CPU312 IFM, Module CPU314 IFM…

Ngoài ra còn có các loại module CPU với 2 cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán Các loại module này phân biệt với các loại module khác bằng cụm từ DP ( Distributed Port ) như là module CPU315-DP

2.2.3 Module mở rộng

Các module mở rộng được chia thành 5 loại chính:

* PS (Power supply): Module nguồn nuôi Có 3 loại: 2A, 5A, 10A

* SM (Signal module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:

- DI (Digital input): Module mở rộng các cổng vào số Số các cổng vào số

mở rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module

- DO (Digital output): Module mở rộng các cổng ra số Số các cổng ra số

mở rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module

- DI/DO (Digital input/ Digital output): Module mở rộng các cổng vào/ra số Số các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/ 16 ra tuỳ từng loại module

- AI (Analog input): Module mở rộng các cổng vào tương tự Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4, 8 tuỳ từng loại module

- AO (Analog output): Module mở rộng các cổng ra tương tự Số các cổng

ra tương tự có thể là 2, 4 tuỳ từng loại module

- AI/AO (Analog input/ Analog output): Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hay 4 vào/4 ra tuỳ từng loại module

* IM (Interface module): Module ghép nối, nối các module mở rộng lại với nhau thành 1 khối và được quản lý chung bởi 1 module CPU Thông thường các module mở rộng được gá liền với nhau trên 1 thanh đỡ gọi là rack Trên mỗi rack

có thể gán nhiều nhất là 8 module mở rộng (không kể module CPU, module nguồn

nuôi Một module CPU S7_300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 racks và các racks này phải được nối với nhau bằng module IM

* FM (Function module): Module có chúc năng điều khiển riêng Ví dụ như module PID, module điều khiển động cơ bước…

* CP (Communication module): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính

2.2.4 Cấu trúc bộ nhớ của CPU

Bộ nhớ của S7-300 được chia thành 3 vùng chính

* Vùng chứa chương trình ứng dụng Vùng nhớ chương trình được chia

thành 3 miền OB(Organisation Block): Miền chứa chương trình tổ chức

- FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó

- FB (Function Block): Miền chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác Các dữ liệu này phảiđược xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (gọi là DB-Data Block)

Các vùng nhớ của CPU:

 vùng nhớ chương trình (load memory) chứa chương trình người dùng (không chứa địa chỉ ký hiệu và chú thích) có thể là RAM hay EEPROM hay CPU hay trên thẻ nhớ

 Vùng nhớ làm việc (working memory) là RAM, chứa chương trình do vùng nhớ chương trình chuyển qua, chỉ các phần chương trình, ví dụ Block header, Data Block

 Vùng nhớ hệ thống (System memory) phục vụ cho chương trình người dùng, bao gồm Timer, couter, vùng nhớ dữ liệu M, bộ nhớ đệm xuất nhập

PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ vòng lặp, mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét, mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc các dữ liệu từ các cổng vào vùng đệm ảo, tiếp theo là thực hiện chương trình Trong từng vòng quét,

chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh MEND Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng Như vậy, tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra thông thường lệnh không làm việc trực tiếp cổng vào mà chỉ thông qua bộ đếm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số, việc truyền thông giữa bộ đếm ảo với ngoại vi trong giai đoạn nhập dữ liệu và thực hiện chương trình do CPU quản lý, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khá Nếu sử dụng các chế độ ngắt chương trình tương ứng với từng tín hiệu ngắt được soạn thảo và cài đặt như bộ phận của chương trình, chương trình xử lý ngắt chỉ thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bất cứ thời điểm nào trong vòng quét.

2.2.5 Ngôn ngữ lập trình cho PLC S7 - 300

Lập trình có nghĩa là nhập một mạch vào trong phần mềm của PLC S7-300 Đây thực ra là cách biểu diễn khác của sơ đồ mạch Chúng ta viết chương trình trên phần mềm soạn thảo Simentic S7 một cách ngắn gọn và phù hợp nhất

Để viết chương trình điều khiển trên PLC có 3 phương pháp cơ bản là:-Sơ đồ hình thang LAD (Ladderr Diagram)

-Lu đồ hệ thống điều khiển FBD (Function Block Diagram)

-Liệt kê lệnh STL (Statement List)

Một chương trình viết trên LAD hoặc FBD có thể chuyển sang STL, nhưng không xảy ra ngợc lại vì trong STL có nhiều lệnh không có trong LAD hay FBD

 Phương pháp lập trình bằng FBD

Phương pháp này có cách biểu diễn dới dạng liên kết của các hàm logic kỹ thuật số, loại ngôn ngữ này thích hợp cho những người quen sử dụng và thiết kế mạch điều khiển số VD

 Phương pháp lập trình theo ngôn ngữ STL

Phương pháp này là ngôn ngữ lập trình theo kiểu liệt kê các câu lệnh thành tập hợp lệnh, mỗi lệnh thực hiện một chức năng Tương tự với ngôn ngữ Assembler ở máy tính, phương pháp này thích hợp với những đối tượng làm việc trong lĩnh vực tin học VD:

 Các tập lệnh cơ bản trong PLC S7- 300

 Lệnh về bit

Ví Dụ:

Ngõ ra Q0.0 =1 nếu ngõ vào I0.0 =1 và I0.1 =0 hoặc ngõ I0.2 =1.

 Lệnh RS và SR

 Lệnh SR

Khi đầu ra bằng 1 khi đầu vào S bằng 1, đầu ra bằng 0 khi đầu R bằng 1, nếu R và S bằng 1 thì đầu ra bằng 0 (u tiên R)

2.Lệnh RS

Khi Đầu ra bằng 1 khi đầu S bằng 1, đầu ra bằng 0 khi đầu R bằng 1, nếu R

và S đều bằng 1 thì đầu ra bằng 1(u tiên SET)

 Giản đồ thời gian

Ví Dụ:

Khi ngõ vào I0.0 =1 timer T37=1 và được kích hoạt Tín hiệu đầu ra Q0.0=

1 đèn sáng, sau khoảng thời gian 5s timer T37=0 và đèn Q0.0=0 đèn tắt

không được duy trì khi tín hiệu kích có giá trị là 0.

 Giản đồ thời gian

Ví Dụ:

Khi ngõ vào I0.0 =1 timer T40=1 và được kích hoạt Sau khoảng thời gian 10s tín hiệu đèn Q0.0=1 sáng Khi tín hiệu I0.0=0 thì đèn trở về trạng thái Q0.0=0

 Lệnh Counter

Counter thực hiên chức năng đếm tại các sườn của các xung đầu vào

S7-300 có tối đa là 256 bộ đếm phụ thuộc vào từng loại CPU, ký hiệu Cx Trong đó x

là số nguyên trong khoảng từ 0 đến 255 Trong S7-300 có 3 loại bộ đếm thường sử dụng nhất đó là : Bộ đếm tiến(CU), Bộ đếm lùi(CD), Bộ đếm tiếm lùi(CUD)

CU: BOOL là tín hiệu đếm tiến

CD: BOOL là tín hiệu đếm lùi

S: BOOL là tín hiệu đặt PV: WORD là giá trị đặt trước

R: BOOL là tín hiệu xoá

CV: WORD là giá trị đếm ở hệ đếm 16

CV_BCD: WORD là giá trị đếm ở hệ đếm BCD

Q: BOOL là tín hiệu đầu ra

 Counter Down ( đếm xuống)

 Sơ đồ khối

Nguyên lý hoạt động: Khi tín hiệu I0.2chuyển từ 0 lên 1 bộ đếm được đặt giá trị là 55 Giá trị đầu ra Q4.0 = 1

Bộ đếm sẽ thực hiện đếm lùi tại các sườn lên của tín hiệu tại chân CD, khi tín hiệu I0.0 chuyển giá trị từ 0 lên 1 Giá trị của bộ đếm sẽ trở về 0 khi có tín hiệu tại sườn lên của chân R Bộ đếm sẽ chỉ đếm đến giá trị >=0

2.2.6 Giới thiệu về WINCC (Windows Control Center).

Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và kỹ thuật, nước ta đã và đang xây dựng càng ngày càng nhiều nhà máy, xí nghiệp đa dạng về công nghệ.Ngành

tự động hóa cũng không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu phát triển của sản xuất Và WINCC là một trong các chương trình ứng dụng Scada (HMI) trong lĩnh vực dân dụng cũng như trong công nghiệp WINCC được dùng để điều hành các màn hình hiển thị và hệ thống điều khiển trong tự động hóa sản xuất và quá trình

WINCC là một phần mềm của hãng Siemens dùng để giám sát, điều khiển

và thu nhập dữ liệu trong quá trình sản xuất., theo nghĩa hẹp thì WINCC là chương trình hỗ trợ cho người lập trình thiết kế giao diện Người và máy - HMI trong hệ thống SCADA

WINCC cung cấp các module chức năng thường dùng trong công nghiệp như: Hiển thị ảnh, tạo thông điệp, lưu trữ và báo cáo Giao diện điều khiển mạnh,

việc truy nhập ảnh nhanh chóng và chức năng lưu trữ an toàn (bảo mật), tính hữu dụng cao

WINCC cho phép người sử dụng có khả năng truy cập vào các hàm giao diện chương trình ứng dụng API (Application Program Interface) của hệ điều hành Ngoài ra sự kết hợp giữa chương trình WinCC và các công cụ phát triển riêng như: Visual C++ hoặc Visual Basic sẽ tạo ra hệ thống có tính đặc thù cao, tinh

vi, gắn kết với một cấu hình cụ thể nào đó

WINCC có thể tạo một giao diện Người - Máy(HMI) dựa trên cơ sở giao tiếp giữa con người với các hệ thống máy, thiết bị điều khiển (PLC, CNC ) thông qua các hình ảnh, sơ đồ, hình vẽ hoặc câu chữ có tính trực quan hơn Nó giúp người vận hành theo dõi được quá trình sản xuất, thay đổi dữ liệu tham số, đồng thời hiển thị trực tiếp các tham số đó cũng như giao tiếp với quá trình công nghệ thông qua các hệ thống tự động

2.2.7 Chức năng của WinCC

2.2.7.1 Chức năng: Quản lý dữ liệu

Tất cả các hoạt động của quản lý dữ liệu đều chạy trên một nền

(Background)

Nhiệm vụ chính:

 Lập cấu hình hoàn chỉnh

 Hướng dẫn giới thiệu việc lập cấu hình

 Thích ứng việc ấn định, gọi và lưu trữ các Projects

 Quản lý các Projects

 Có khả năng nối mạng các chức năng soạn thảo cho nhiều người sử dụng trong một Projects

 Quản lý phiên bản

 Diễn tả bằng đồ thị của dữ liệu cấu hình

 Điều khiển và đặt cấu hình cho các hình vẽ, cấu trúc của hệ thống

 Thiết lập việc cài đặt toàn cục

 Đặt cấu hình cho các chức năng định vị đặc biết

 Tạo và soạn thảo các tham khảo đan chéo

 Phản hồi tài liệu

 Báo cáo trạng thái hệ thống

 Thiết lập hệ thống đích

 Chuyển đổi giữa Runtime và cấu hình

 Kiểm tra chế độ, mô phỏng, trợ giúp, thao tác để đặt cấu hình dữ liệu

2.2.7.2 Cấu trúc

Control Center có cấu trúc như sau:

 Control Center

 Các module chức năng

 Phản hồi tài liệu

2.2.7.3 Soạn thảo (Editor)

 Dùng soạn thảo và điều khiển một dự án hoàn chỉnh Bao gồm:

 User Administrator: cho phép người sử dụng, điều khiển, truy cập

 Text Library: chứa các văn bản tùy thuộc ngôn ngữ do người dung tạo ra

 Alarm Logging: nhận các thông báo từ các quá trình để chuẩn bị hiển thị , hỏi đáp và lưu trữ các thông tin này

 Tag Logging: xử lý các giá trị đo lường và lưu trữ chúng trong thời gian dài

 Global Script: cho phép tạo các dự án động tùy thuộc vào các yêu cầu đặc biệt

 Graphics Designer: cung cấp màn hình hiển thị và kết nối đến các quá trình

2.2.7.4 Các thành phần của dự án trong Control center

 Máy tính

 Quản lý biến (tags)

 CPU: Nhóm này chứa tất cả các biến truy nhập cùng một CPU

 Lò nhiệt: Nhóm này chứa tất cả các biến truy cập cùng một lò

 I/O số: Nhóm này chứa tất cả các biến truy nhập đầu vào/ra số

 I/O tương tự: Nhóm này chứa tất cả các biến truy nhập các đầu vào/ra tương tự

Các kiểu dữ liệu có trong WinCC:

 Binary Tag: kiểu nhị phân

 Signed 8-bit Value: kiểu 8 bit có dấu

 Unsigned 8-Bit Value: kiểu 8 bit không dấu

 Signed 16-Bit Value: kiểu 16 bit có dấu

 Signed-Bit Value: kiểu 8 bit có dấu

 Unsigned 16-Bit Value: kiểu 16 bit không dấu

 Signed 32-Bit Value: kiểu 32 bit có dấu

 Unsigned 32-Bit value: Kiểu 32 bit không dấu

 Kiểu số thực 32 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754 Floating Point Number 32

bit IEEE 754

 Floating Point Number 64 bit IEEE 754 Kiểu số thực 64 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754

 Text tag 8 bit character set: Kiểu kí tự 8 bit

 Text tag 16 bit character set: Kiểu kí tự 16 bit

 Raw Data type: kiểu dữ liệu thô

2.2.9 Các bước tạo một dự án WinCC

Để tạo một dự án trong WinCC, bạn phải tiến hành theo các bước sau :

1 Khởi động WinCC

2 Khởi tạo dự án

3 Chọn và cài đặt PLC hoặc bộ điều khiển

4 Định nghĩa Tags

5 Tạo và hiệu chỉnh hình ảnh của quá trình

6 Thiết lập thuộc tính thời gian thực thi WinCC Runtime

7 Kích hoạt hình ảnh của quá trình trong WinCC Runtime

8 Sử dụng Simulator để kiểm tra hình ảnh của quá trình

2.2.10 Các module của chức năng soạn thảo

2.2.10.1 Tag Management

Tag Management giúp quản lý các biến trong quá trình hoạt động của WinCC Nó giúp xác định cấu hình để hệ thống tự động (AS) có thể giao tiếp với WinCC thông qua bộ điều khiển giao tiếp Việc chọn bộ điều khiển (Driver) phụ thuộc vào loại PLC sử dụng Các nhóm Tag và Tags dùng trong Projects của WinCC thì được định nghĩa trong Tag Management

Tags được dùng trong WinCC biểu thị các giá trị thực, ví dụ như mực nước của 1 hồ nước, hoặc các giá trị bên trong được tính toán hay mô phỏng bên trong WinCC

Các tag của quá trình (“tag ngoài”, “tag công suất”) là các vị trí bộ nhớ bên trong PLC hay một thiết bị tương tự Vì thế, ví dụ như mực nước của hồ nước