Điều khiển và giám sát hệ thống thông qua opc server

Các nhà cung cấp dịch vụ với mạng kết nối toàn cầu đã chấp nhận rằng: không có khả năng liên kết đúng nghi thức của mạng chủ với phần cứng được sử dụng hoặc khi chúng gặp rủi ro với mạng

09101040

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

TP Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 06 năm 2017

BẢNG MÔ TẢ CÔNG VIỆC

1 MÔ TẢ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI:

Liên kết PLC Siemens S7-1200 và PLC ABB AC500 thông qua OPC Server Kết nối băng tải phân loại sản phẩn với PLC Siemens S7-1200 Kết nối HMI ABB CP635 với PLC ABB AC500 Dùng HMI ABB CP635 điều khiển và giám sát hoạt động của băng tải phân loại sản phẩm

Họ tên sinh viên 1: Ng

Nguyễn Minh Hiếu

uyễn Duy Quí MSSV: 09101108Lớp: 091011A

Họ tên sinh viên 2: MSSV: 09101040

Lớp: 091011A

Tên đề tài: Điều Khiển và Giám Sát Hệ Thống Thông Qua OPC Server

Họ tên Sinh viên 1: Nguyễn Duy Quí

Các công việc thực hiện trong đề tài:

STT NỘI DUNG CÔNG VIỆC

1 Tìm hiểu tổng quan về PLC Siemens S7-1200

2 Tìm hiểu tổng quan về OPC Server, tìm hiểu về một số OPC Server có thể

kết nối với PLC Siemens S7-1200

3 Tiến hành kết nối PLC Siemens S7-1200 với các OPC Server, lựa chọn loại

7 Thiết kế, thi công, cân chỉnh hệ thống

8 Viết báo cáo

STT NỘI DUNG CÔNG VIỆC

1 Tìm hiểu tổng quan về PLC ABB AC500

2 Tìm hiểu tổng quan về OPC Server, tìm hiểu về một số OPC Server có thể

kết nối với PLC ABB AC500

3 Tiến hành kết nối PLC ABB AC500 với các OPC Server, lựa chọn loại OPC

Server phù hợp

4 Vẽ giao diện cho HMI ABB CP635, kết nối HMI ABB CP635 với PLC

ABB AC500

5 Hỗ trợ bạn cùng nhóm

6 Thiết kế, thi công, tinh chỉnh hệ thống

7 Viết báo cáo

Nguyễn Duy Quí Nguyễn Minh Hiếu

XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký ghi rõ họ tên)

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

Tp HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2017

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Nguyễn Minh Hiếu MSSV: 09101040

Nguyễn Duy Quí MSSV: 09101108 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 01

Hệ đào tạo: Đại học chính qui Mã hệ: 1

I TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG THÔNG QUA OPC

SERVER

II NHIỆM VỤ

1 Các số liệu ban đầu:

2 Nội dung thực hiện:

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 30/03/2017

 Tìm hiểu tổng quan về PLC S7-1200

 Tìm hiểu tổng quan về PLC AC-500 ABB

 Tìm hiểu OPC server

 Tìm hiểu cách thức kết nối, truyền dữ liệu giữa hai PLC thông qua OPC server

 Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển

 Viết chương trình cho PLC

 Thiết kế thi công phần cứng hệ thống

 Chạy thử nghiệm hệ thống

 Viết sách luận văn

 Báo cáo đề tài tốt nghiệp

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/06/2017

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

Trương Đình Nhơn

Tên đề tài: Điều khiển và giám sát hệ thống thông qua OPC Server

- Tìm hiểu lý thuyết PLC PLC AC500

- Tìm hiểu lý thuyết màn hình HMI CP600 của ABB

- Tìm hiểu các phần mềm liên quan

12-15

21/6-15/6

Viết luận văn và chuẩn bị cho bảo vệ

GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên)

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó

Người thực hiện đề tài

Nguyễn Minh Hiếu

Nguyễn Duy Quí

LỜI CẢM ƠN

Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Trương Đình Nhơn _Trưởng bộ môn Tự Động Điều Khiển đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ

bảo những kinh nghiệm quý báu và tận tình giúp đỡ, hổ trợ thiết bị

phần cứng tạo điều kiện để hoàn thành tốt đề tài

Em chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Phong Lưu _ Giảng viên

bộ môn Tự Động Điều Khiển đã góp ý và chia sẻ nhiều kinh

nghiệm quý báu cho em thực hiện tốt đề tài

Em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử đã tạo những điều kiện tốt nhất, cung cấp những

kiến thức cơ bản cần thiết cho em hoàn thành đề tài

Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến bạn bè, gia đình đã chia sẻ, trao đổi, hỗ trợ kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu

trong thời gian thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm thực hiện đề tài:

Nguyễn Minh Hiếu

Nguyễn Duy Quí

MỤC LỤC

Trang bìa i

Nhiệm vụ đồ án iv

Lịch trình v

Cam đoan vi

Lời cảm ơn vii

Mục lục viii

Liệt kê hình vẽ xi

Liệt kê bảng vẽ xiv

Tóm tắt xv

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu 1

1.3 Giới hạn 1

1.4 Nội dung nghiên cứu 2

1.5 Bố cục 2

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Tổng quan PLC 4

2.1.1 PLC là gì 4

2.1.2 Cấu trúc PLC 4

2.2 Tổng quan PLC Siemens S7-1200 CPU 1212 DC/DC/DC 7

2.2.1 Giới thiệu về S7-1200 CPU 1212 DC/DC/DC 7

2.2.2 Cấu trúc bộ nhớ 9

2.2.3 Phần mềm sử dụng 10

2.3 Tổng quan PLC PM554 của ABB 10

2.3.1 Giới thiệu về PLC PM554-T-ETH 10

2.3.2 Phần mềm sử dụng 11

2.4 Tổng quan màn hình HMI CP635 ABB 11

2.4.1 HMI là gì 11

2.4.2 Các thiết bị HMI truyền thống 12

2.4.5Giới thiệu về HMI CP635 ABB 14

2.4.6 Phần mềm sử dụng 15

2.5 Giới thiệu về mô hình băng tải Bandmodell của Siemens 15

2.6 Giới thiệu sơ lược về OPC 16

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 18

3.1 Giới thiệu 18

3.2 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 18

3.3 Các phần mềm sử dụng 19

3.3.1 Phần mềm cho PLC ABB AC500 19

3.3.2 Phần mềm cho HMI ABB CP635 24

3.3.3 Phần mềm TIA Portal cho PLC SIEMENS S7-1200 29

3.3.4 Phần mềm cho OPC Server 34

CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 43

4.1 Giới thiệu 43

4.2 Thi công hệ thống 44

4.2.1 Các thiết bị sử dụng 44

4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra 44

4.3 Đóng gói và thi công mô hình 47

4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển 47

4.3.2 Thi công mô hình 48

4.4 Lập trình hệ thống 48

4.4.1 lưu đồ giải thuật 48

4.4.2 Phần mềm CodeSys v2.3 lập trình cho PLC ABB PM554-T-ETH 51

4.4.3 Phần mềm Panel Builder 600 lập trình cho HMI ABB CP635 52

4.4.4 Phần mềm TIA Portal lập trình cho PLC SIEMENS S7-1200 54

4.4.5 Các phần mềm khác 56

4.6 Tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác 57

4.6.1 Tài liệu hướng dẫn sử dụng 57

4.6.2 Quy trình thao tác 57

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 58

5.1 Kết quả 58

5.2 Nhận xét đánh giá 59

6.1 Kết luận 60

6.2 Hướng phát triển 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

PHỤ LỤC 62

Cách đổi địa chỉ IP cho PC 62

Code lập trình cho PLC Simatic S7-1200 64

LIỆT KÊ HÌNH VẼ

Hình Trang

Hình 2.1: Kết nối sink và source cho ngõ vào 5

Hình 2.2: Kết nối sink và source cho ngõ ra 5

Hình 2.3: Cấu trúc cơ bản của một PLC 7

Hình 2.4: Hình ảnh PLC Siemens S7-1200 CPU 1212 DC/DC/DC 7

Hình 2.5: PLC ABB PM554-T-ETH 10

Hình 2.6: Màn hình HMI ABB CP635 14

Hình 2.7: Kit thực hành Bandmodell của Siemens 15

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển giám sát qua OPC Server 18

Hình 3.2: Khởi động phần mềm Control builder plus 20

Hình 3.3:Chọn PLC cần sử dụng 21

Hình 3.4: Giao diện chính của control builder plus 21

Hình 3.5: Cài đặt I/O onboard 22

Hình 3.6: Scan IP của PLC 22

Hình 3.7: Chọn ngôn ngử lập trình, tên chương trình 23

Hình 3.8: Giao diện làm việc của Codesys 23

Hình 3.9: Khởi tạo phần mềm lập trình Panel builder 600 cho HMI 24

Hình 3.10: Mở phần mềm Panel builder 600 từ Control builder plus 24

Hình 3.11: Giao diện của Panel builder 600 25

Hình 3.12: Tạo protocol 25

Hình 3.13:Tạo tag từ codesys 26

Hình 3.14: File AC500.SYM 26

Hình 3.15: Cài đặt attributes 27

Hình 3.16: Download Symbol file 27

Hình 3.17: Xuất Tag 28

Hình 3.18: Các công cụ Widget gallery 28

Hình 3.19: Giao diện lúc khởi động 29

Hình 3.20: Tạo một project mới 29

Hình 3.21: Tùy chọn cửa sổ làm việc 30

Hình 3.22: Tạo Device 30

Hình 3.23:Cài đặt IP 31

Hình 3.24: Cài đặt IP cho PLC thực 32

Hình 3.26: PLC Access 33

Hình 3.27: Trạm liên kết 33

Hình 3.28: Data block cho OPC 34

Hình 3.29: Code cho PLC 34

Hình 3.30: Khởi động KEPServerEX 6 Configuration 35

Hình 3.31: New chanel 35

Hình 3.32: New Device 36

Hình 3.33: Chọn card mạng cho OPC 36

Hình 3.35: Tạo tag cho OPC 37

Hình 3.36: Kiểm tra kết nối với OPC 37

Hình 3.37: Khởi tạo group 38

Hình 3.38: Thêm điểm liên kết 39

Hình 3.39: Các điễm liên kết dữ liệu khi hoàn thành 39

Hình 3.40: Thêm PLC 40

Hình 3.41: Cài đặt cho PLC 40

Hình 3.42: Cài đặt kết nối cho PLC ABB PM554-T-ETH 41

Hình 4.1: Sơ đồ kết nối phần cứng của hệ thống 42

Hình 4.2: Mô hình hoàn thiện 43

Hình 4.3:Module nguồn JIAJUN-A15NK từ mô hình 44

Hình 4.4: Hình ảnh thực PLC PM554-T-ETH từ mô hình 44

Hình 4.5: Hình ảnh thực PLC SIMATIC S7-1200 từ mô hình 45

Hình 4.6: Hình ảnh thực HMI CP635 và PLC PM554 từ mô hình 45

Hình 4.7: Băng tải phân loại sản phẩm 46

Hình 4.8: Kết nối dây cho băng tải phân loại sản phẩm 46

Hình 4.9: Switch mạng 47

Hình 4.10: Mô hình hoàn chỉnh 48

Hình 4.11: Lưu đồ chính của chương trình điều khiển kit Bandmodell 50

Hình 4.12: Biên dịch Codesys 51

Hình 4.13:Các tùy chọn Login, Logout, Run, Stop 51

Hình 4.14: Chương trình cho PLC PM554-T-ETH 52

Hình 4.15: Các tag để điều khiển chương trình 52

Hình 4.16: Một nút nhấn điều khiển Start 53

Hình 4.17: Sử dụng keypad 53

Hình 4.20: Tùy chọn Attributes 55

Hình 4.21: Các tag đƣợc tạo trong PLC để kết nối OPC Server 55

Hình 4.22: Các tag sử dụng trong OPC Kepserver 56

Hình 4.23: Tag trong KepserverEX 6 Configuration 56

Hình I: Open Network and Sharing Center 62

Hình II: Properties Ethenet 62

Hình III: chọn networking 63

Hình IV: Đặt IP cho PC 63

LIỆT KÊ BẢNG

Bảng Trang

Bảng 2.1: Một số thông số cơ bản của PLC Siemens S7-1200 CPU1212DC/DC/DC 8

Bảng 2.2: Một số thông số cơ bản của PLC ABB PM554-T-ETH 10

Bảng 2.3: Một số thông số cơ bản của HMI ABB CP635 14

Bảng 2.4: I/O của băng tải phân loại sản phẩm 16

Bảng 2.5: Tóm tắt lịch sử phát triền của OPC 16

TÓM TẮT

Cũng như những ngành công nghiệp khác, ngành xây dựng kỉ thuật tự động hóa đang dần phát triển và đang tiếp tục phát triển hơn nữa, giải pháp của các nhà đầu tư là mong muốn làm chuyễn biến khả năng chia sẽ dữ liệu Các nhà cung cấp dịch vụ với mạng kết nối toàn cầu đã chấp nhận rằng: không có khả năng liên kết đúng nghi thức của mạng chủ với phần cứng được sử dụng hoặc khi chúng gặp rủi ro với mạng khách, điều này dẫn đến những giải pháp tốn kém vì bị giới hạn và rất khó đễ duy trì Phương pháp này Hơn nữa ở thời điễm này các giải pháp hiện giờ ngày càng theo hướng đối lập: đơn giãn, việc chia sẽ dữ liệu giữa các thiết bị phải rỏ rang và không bị nhiễu, cung cấp được nhiều ứng dụng từ nhà cung cấp

Đễ đáp ứng nhu cầu đặt ra, việc phát triển cần được kết nối tự do giữa các thiết bị

có hệ thống băng thông rộng Hiện nay chúng ta có một giải pháp đơn giãn dựa trên các tiêu chuẩn có sẳn, có thể định vị và phân phối cùng một lúc, giải pháp này gọi là mạng OPC Phương thức của OPC rất đơn giãn: nó bước đầu tiếp cận với các tầng trung chuyễn giữa các thiết bị và các trình ứng dụng, cho phép truyền dữ liệu mà không cần nhận biết mỗi một ma trận dữ liệu của các thiết bị này

Đễ làm rỏ hơn vấn đề này nhóm chúng em tiến hành thực hiện đề tài điều khiển

và giám sát hoạt động của một băng tải kết nối với PLC S7-1200 CPU 1212 DC/DC/DC của Siemens Thông qua OPC Server liên kết với PLC AC500 của ABB,

cả hệ thống được điều khiển và giám sát trên màn hình HMI ABB CP635

Phương pháp thực hiện: PLC S7-1200 được lập trình bằng phần mềm TIA Portal, kết nối với OPC Server thông qua máy chủ Kepware (phần mềm Kepserverex6) PLC AC500 được khởi tạo bằng phần mềm Control Builder Plus, lập trình và kết nối OPC Server thông qua phần mềm Codesys OPC Server V2.3 Dùng phần mềm Matrikon OPC đễ tiến hành liên kết các server OPC lại thành hệ thống hoàn chỉnh

Kết quả là được mô hình điều khiển băng tải bằng phương pháp chia sẽ dữ liệu điều khiển giữa hai PLC khác hảng Tất cả quá trình được giám sát và điều khiển trên màn hình HMI

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Như chúng ta đã biết, ngày nay các thiết bị và hệ thống điều khiển tự động đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử Bên cạnh việc đẩy mạnh phát triển của công nghệ thông tin, các giải pháp truyền thông trong mạng công nghệp cũng không ngừng được đầu tư và phát triển

Vì vậy, việc tăng cường sức cạnh tranh cho nền kinh tế nước nhà nói chung và ngành công nghiệp nói riêng, tự động hóa các dây chuyền sản xuất là điều không thể thiếu trong công cuộc phát triển hiện nay Việc ứng dụng các thiết bị tự động nói trên vào việc điều khiển, giám sát, giao tiếp giữa các PLC của các hảng khác nhau lại đã phổ biến rộng rãi với nhiều mục đích và quy mô khác nhau

Hình thành ý tưởng từ nhu cầu thực tế xã hội, và tạo điều kiện tốt nhất để người thực hiện đề tài có thể tự kiểm chứng lại năng lực của mình trong suốt quá trình học,

đề tài “Hệ thống điều khiển và giám sát thông qua OPC server” ra đời, nhưng để

tạo ra được một sản phẩm có giá trị ứng dụng cao thì phải đòi hỏi người thực hiện đề tài phải nỗ lực trong vấn đề hệ thống hoá lại toàn bộ các kiến thức liên quan và ứng dụng nó một cách hiệu quả trong khi thực hiện đề tài

1.2 MỤC TIÊU

Mục tiêu là thực hiện việc giao tiếp giữa hai PLC khác hãng, cụ thể là AC500 của ABB với Simatic S7-1200 của Siemens Điều khiển và giám sát sự hoạt động của hai PLC này thông qua OPC Server Điều khiển kit thực hành Bandmodell của Siemens trực tiếp trên màn hình cảm ứng HMI CP635 của ABB, và giám sát hoạt động của nó

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 NỘI DUNG 1: Tìm hiểu về cấu tạo, tập lệnh của PLC ABB PM554

 NỘI DUNG 2: Tìm hiểu về cấu tạo, tập lệnh của PLC Siemens Simatic S7-1200

 NỘI DUNG 3: Tìm hiểu về HMI ABB CP635

 NỘI DUNG 4: Tìm hiểu về băng tải phân loại sản phẩm của Siemens

 NỘI DUNG 5: Thiết kế mô hình

 NỘI DUNG 6: Thực hiện kết nối liên kết OPC Server

 NỘI DUNG 7: Hoàn chỉnh mô hình

 NỘI DUNG 8: Đánh giá lại những điều đã thực hiện

 NỘI DUNG 9: Viết luận văn

 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

Trình bày sơ lược cấu tạo, nguyên lí hoạt động của các thiết bị phần cứng giới thiệu các ứng dụng trong thực tiển của chúng

 Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán

Giới thiệu về các phần mền sử dụng trong quá trình thực hiện đồ án Thiết kế sơ đồ khối để kết nối các linh kiện và viết chương trình điều khiển hoạt động của chúng

 Chương 4: Thi công hệ thống

Gồm có 2 phần là kết quả thi công phần cứng và những kết quả hình ảnh trên màn hình hay mô phỏng tín hiệu, kết quả thống kê

 Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá

Viết lại kết quả những điều đã làm được, không làm được so với mục tiêu ban đầu đề

ra Nhận xét và đánh giá vào sản phẩm mô hình, làm có đạt hay không, đạt bao nhiêu phần trăm, đánh giá sai số nếu có liên quan đến các đo lường các đại lượng, nguyên nhân sai số, tính ổn định của hệ thống, thời gian đáp ứng của hệ thống, tính thẩm mỹ

có đạt hay không, tính an toàn, … tính dễ sử dụng, tính bảo mật, …

 Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển

Trình bày ngắn gọn những kết quả đã thu được dựa vào những phương pháp, thuật toán đã kiến nghị ban đầu, ghi ra những gì đã làm được như thế nào, và chưa làm được

so với mục tiêu Trình bày hướng phát triển của đề tài mà mình đã làm để tăng khả năng, tăng thêm chức năng, mở rộng khả năng điều khiển, tính linh hoạt hay chỉ cần thay đổi 1 thiết bị này bằng 1 thiết bị khác thì sản phẩm của mình có thể đáp ứng được nhiều ứng dụng khác, … hay các giải pháp tốt hơn có được, phát hiện ra trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 TỔNG QUAN PLC

2.1.1 PLC là gì?

PLC là chữ viết tắt Programmable Logic Controller: là thiết bị điều khiển lập

trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình

Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Function Block Diagram-FBD, Ladder Logic-LAD, Statement Lits-STL, Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như INVT, Allen-Bradley, Omron, ABB, Rockwell, Siemens, Mitsubishi, …

2.1.2 Cấu trúc PLC

Cấu trúc cơ bản của một PLC bao giờ cũng bao gồm các thành phần cơ bản sau:

 Module nguồn: có thể tích hợp sẳn bên trong PLC hay làm riêng bên ngoài Có nhiều cấp điện áp khác nhau tùy loại PLC, gồm 110VAC, 220VAC hoặc 24VDC

 Module xử lý tín hiệu (CPU): là bộ sử lí trung tâm làm việc như một máy tính, dùng để lưu trử và xử lí chương trình logic bậc thang

 Module vào (INPUT), Module ra (OUTPUT): nhận và xuất các tín hiệu vào, ra dạng tương tự hoặc số của PLC

o Đối với các mạch điện tử logic người ta phân biệt sink và source theo trang thái khi được kích hoạt

 Tầng ra sink kích hoạt khi ở mức “0”, và transistor ngỏ ra sẽ là nguồn hút dòng từ bên ngoài Tầng ra sink thường được thiết kế dạng mạch open collector

 Tầng ra source kích hoạt khi ở mức “1”, và transistor ngỏ ra sẽ là nguồn cấp dòng cho tải bên ngoài

o Cách mắc theo dạng sink và source:

Sinking Sourcing

Hình 2.1: Kết nối sink và source cho ngõ vào

Sourcing Sinking

Hình 2.2: Kết nối sink và source cho ngõ ra

 Module nhớ: gồm RAM, EPROM VÀ EEPROM

o RAM (Random Access Memory) có thể nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, có khả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng

đến vài năm Trong thực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình

o EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó được gắn sẵn trong máy, đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẳn

o EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) liên kết với những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định Nội dung của nó có thể được xóa và lập trình bằng điện, tuy nhiên số lần là

có giới hạn Môi trường ghi dữ liệu thứ tư là đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sử dụng trong máy lập trình Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được dùng để lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài

 Vùng nhớ: thường được chia làm 4 vùng:

o Vùng nhớ chương trình: vùng bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ các lệnh chương trình

o Vùng tham số: vùng lưu trử các tham số như từ khóa, địa chỉ trạm,…cũng giống như vùng chương trình

o Vùng dữ liệu: được sử dụng để lưu tất cả dữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả, các phép tính, bộ đệm,…vùng nhớ này còn được chia thành nhiều vùng nhớ nhỏ khác:

 M: lưu trữ trạng thái của quá trình hoạt động hoặc các thông tin điều khiển

 I: vùng nhớ đầu vào

 Q: vùng nhớ đầu ra

 T: lưu trữ giá trị đếm thời gian hiện tại và giá trị các bit điều khiển của counter

 AI, AQ: lưu các dữ liệu đầu vào tương tự

o Vùng đối tượng: lưu trữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình như giá trị tức thời, giá trị đặt trước của Counter, bộ định thời Timer, bộ đếm tốc độ cao và các bộ đệm vào ra tương tự

Hình 2.3: Cấu trúc cơ bản của một PLC Ngoài các module trên PLC còn có các module phụ trợ như module giao tiếp mạng, truyền thông, module ghép nối các module chức năng để xử lý tín hiệu như module kết nối với các cân nhiệt, module điều khiển động cơ bước, module kết nối với encoder, module đếm xung, …

2.2 TỔNG QUAN PLC S7-1200 CỦA SIEMENS

2.2.1 Giới thiệu PLC S7-1200 CPU 1212DC/DC/DC:

Hình 2.4: Hình ảnh PLC S7-1200

S7-1200 là thiết bị điều khiển logic lập trình loại nhỏ của hãng Siemens, có cấu

trúc theo kiểu module và có các module mở rộng Các module này đươc sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau

 Bộ điều khiển gọn nhẹ có dải hiệu suất từ thấp đến trung bình

 Tích hợp quy mô lớn, tiết kiệm không gian, mạnh mẽ

 Với đường đặc tính thời gian thực đặc biệt và tùy chọn truyền thông lớn

 Bộ điều khiển với tích hợp giao diện điều khiển PROFINET IO để truyền thông giữa bộ điều khiển SMATIC, HMI, thiết bị lập trình, hoặc các thành

phần tự động khác Hỗ trợ 16 kết nối Ethernet TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol Tốc độ truyền 10/100 Mbits/s

 Các CPU có thể sử dụng chế độ độc lập trong mạng hoặc trong các cấu trúc được phân phối

 Rất đơn giản trong việc lắp đặt, lập trình và vận hành

 Tích hợp Web sever chuẩn, đặc thù người dùng trang web

 Chức năng ghi dữ liệu để lưu trữ dữ liệu trong thời gian chạy từ khi sử dụng chương trình

 Công suất lớn, các chức năng tích hợp công nghệ như đếm, đo lường, điều khiển vòng kín, điều khiển chuyển động

 Tích hợp đầu ra/ đầu vào số và tương tự

Bảng 2.1: Một số thông số cơ bản của PLC S7-1200

CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C

Kích thước(mm) 90x100x75 110x100x75

Bộ nhớ Bit(M) 4096 Byte 8192 Byte I/O tích hợp sẳn

Số Tương tự

6DI/4DO 2AI

8DI/6DO 2AI

14DI/10DO 2AI

Khả năng mở rộng các

module tín hiệu

50KB 2MB 2KB Các module truyền thông 3 (mở rộng về bên trái)

CPU S7-1200 cung cấp bộ nhớ với các loại vùng nhớ sau:

 Load memory: là vùng nhớ non-volatile storage đây là vùng nhớ lưu trữ mà

dữ liệu không bị mất khi mất điện để lưu trữ chương trình người dùng, dữ liệu và cấu hình Khi một dự án được download xuống CPU, nó được sẽ được lưu trữ trong vùng nhớ này Vùng nhớ này nằm trên thẻ nhớ hoặc PLC Thẻ nhớ hỗ trợ không gian lưu trữ lớn hơn cho CPU

 Working memory: là vùng nhớ volatile tức là vùng nhớ sẽ bị xóa khi không còn nguồn cấp cho nó nữa Vùng nhớ này dùng để thực hiện chương trình

và lưu trữ dữ liệu khi chương trình thi hành CPU sẽ thực hiện copy một số

phần tử dữ liệu từ vùng nhớ Load memory vào vùng nhớ này khi thi hành chương trình Nếu như không bị mất điện, CPU sẽ lưu nhớ các thông số này

 Retentive memory: là vùng nhớ non-volatile dùng để lưu trữ có giới hạn số lượng dữ liệu của vùng nhớ work memory Vùng nhớ này sẽ được dùng để lưu trữ dữ liệu của vùng nhớ được cài đặt trước khi mất nguồn

Để hiển thị được vùng nhớ sử dụng cho dự án, nhấn nút phải chuột vào CPU (hoặc một block của nó) và chọn “Resources” Để biết được bộ nhớ sử dụng cho CPU hiện tại, nhấp đôi vào “Online and diagnostics”, expand “Diagnostics” và chọn

“Memory”

2.2.3 Phần mềm sử dụng

TIA Portal V13

2.3 TỔNG QUAN PLC PM554 CỦA ABB

2.3.1 Giới thiệu PLC PM554-TP-ETH

Nhiệt độ không khí xung quanh Vận hành: 0…+600

C Lưu trử: -40…+700C Giao thức truyền thông và kết

nối

Modbus RTU, Modbus TCP, UDP / IP,

CS31 Master, ASCII Loại giao diện Fieldbus: Ethernet TCP / IP Tùy chọn I/O PLC với Onboard IO-8DI / 6DO-T Điện áp sử dụng 24VDC

Tần số đầu vào truy cập phần

Số lượng tối đa của I / O số 256 DI hoặc 256 DO hoặc trộn lẫn tới

256 kênh số cục bộ với tối đa 7 module

mở rộng Kích thước bộ nhớ Dữ liệu người

2.4.1 HMI là gì?

HMI là từ viết tắt của Human-Machine-Interface, có nghĩa là thiết bị giao tiếp

giữa người điều hành thiết kế với máy móc thiết bị Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao diện” với một máy móc thì đó là một HMI

Ví dụ như cảm ứng trên lò viba của bạn là một HMI, hệ thống số điều khiển trên máy giặt, bảng hướng dẫn lựa chọn phần mềm hoạt động từ xa trên TV đều là HMI, có thể nói điện thoại cảm ứng hiện nay cũng là thiết bị HMI theo nghĩa rộng Ta có thể viết ứng dụng trực tiếp trên điện thoại, hoặc Ipad, máy tính bảng để điều khiển thiết bị công nghiệp

Một số có một HMI thô sơ: một hiển thị ASCII đơn hoặc hai dòng ASCII với một tập hợp các arrow cho lập trình, hoặc 10 phím nhỏ Có rất ít các thiết bị hiện trường, cảm biến và bộ phân tích từng có bảng HMI thực sự có khả năng cung cấp hình ảnh đồ họa tốt, có cách thức nhập dữ liệu và lệnh đơn giản, dễ hiểu, đồng thời cung cấp một cửa sổ có độ phân giải cao cho quá trình vận hành hệ thống máy móc mang lại hiệu quả lớn trong sản xuất

Một trong những đặc điểm tiến bộ trong lĩnh vực này là hiển thị dạng cảm ứng Điều này giúp cho người điều khiển dễ dàng sử dụng bằng cách tác động lên một nút

ảo trên thiết bị để điều khiển thiết bị như mong muốn Cũng không yêu cầu có chuột hay bàn phím, giúp cho hệ thống điều khiển nhỏ gọn hơn, chiếm ít không gian, tiêu tốn

ít năng lượng hơn

2.4.2 Các thiết bị HMI truyền thống

a HMI truyền thống bao gồm:

 Thiết bị nhập thông tin: công tắc, nút nhấn…

 Các thiết bị xuất thông tin: đèn báo, còi, đồng hồ đo, các bộ tự ghi dung giấy

b Nhược điễm của HMI truyền thống :

 Thông tin không đầy đủ

 Khả năng lưu trử thông tin hạng chế

 Độ tin cậy và ổn định thấp

 Đối với hệ thống rộng và phức tạp: độ phức tạp cao và khó mở rộng

2.4.3 Các thiết bị HMI hiện đại

Do sự phát triển của công nghệ thông tin và công nghệ vi điện tử, HMI ngày nay được sử dụng các thiết bị tính toán mạnh mẻ nâng cao độ chính xác và dễ sử dụng hơn

a HMI hiện đại chia làm hai loại chính:

 HMI trên nền PC và windows/MAC: SCADA

 HMI trên nền các máy tính nhúng: HMI chuyên dụng

 Ngoài ra còn có các HMI biến thể khác MobileHMI dùng palm, PoketPC

b Các ưu điểm của HMI hiện đại:

 Tính đầy đủ kiệp thời và chính xác của thông tin

 Tính mềm dẻo dễ thay đổi thông tin khi cần thiết

 Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, vận hành và sữa chửa

 Tính “mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều giao thức

 Khả năng lưu trữ cao

 Các công cụ xây dựng HMI

 Các công cụ kết nối, nạp chương trình, gỡ rối

nhiều hơn Các HMI này cho phép cảm ứng trên màn hình, giao tiếp đơn giản và hổ trợ nhiều chức năng Ứng dụng HMI để điều khiển, giám sát các hệ thống tự động hóa

là ứng dụng cơ bản và phổ biến nhất của HMI

2.4.5 Giới thiệu về HMI CP635 ABB

Độ phân giải

Màu TFT, đèn nền LED, màn hình cảm ứng

7 inch 64k màu 800x480 pixel Điện áp hoạt động 24 (18…30)VDC

Nhiệt độ không khí xung quanh Vận hành 0 +50°C

Lưu trữ -20 +70°C

Thời gian sống 40000 giờ

Bộ nhớ dữ liệu người dùng 128MB Flash Disk

2.5 Giới thiệu về mô hình băng tải phân loại sản phẩm của Siemens

Hình 2.7: Băng tải phân loại sản phẩm của Siemens

 Các linh kiện sử dụng trên băng tải phân loại sản phẩm:

 Ba cảm biến tiệm cận 3RG40120AG33 của Siemens

 Các chân I/O sử dụng:

Bảng 2.4: I/O của Bandmodell

Cảm biến hồng ngoại B4 23 Băng tải chạy thuận 10 Cảm biến tiệm cận B1 2 Băng tải chạy nghịch 28 Cảm biến tiệm cận B2 20 Led H1 12 Cảm biến tiệm cận B3 1 Led H2 30

và các ứng dụng khác.Khi tiêu chuẩn được phát hành lần đầu tiên vào năm 1996, mục đích của nó là các giao thức PLC trừu tượng (như Modbus, Profibus, vv) thành một giao diện chuẩn cho phép hệ thống HMI / SCADA giao tiếp với một "trung-nam" Yêu cầu đọc / ghi OPC vào các yêu cầu cụ thể của thiết bị và ngược lại Kết quả là, toàn bộ ngành công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp xuất hiện cho phép người dùng đầu cuối thực hiện các hệ thống sử dụng các sản phẩm tốt nhất có thể tương tác thông qua OPC

b Lịch sử phát triển của OPC

Bảng 2.5: Tóm tắt lịch sử phát triền của OPC

Hệ điều hành của Microsoft thống

trị cảnh quan tự động hóa công

nghiệp Các nhà cung cấp tự động

hóa bắt đầu sử dụng COM và

DCOM của Microsoft trong các sản

phẩm của họ

Những năm

90

Fisher-Rosemount, Intellution, Opto 22 và Rockwell Software thành lập một nhóm công tác để phát triển một tiêu

Tổ chức đặc nhiệm, được thành lập 1996

cách đây một năm, phát hành phiên

bản 1.0 của một đặc tả OPC được

đơn giản hoá cho truy cập dữ liệu

vào tháng 8 Trong năm đầu tiên,

một số nhà cung cấp phần mềm và

phần cứng khác đã bắt đầu sử dụng

OPC làm cơ chế tương tác Quỹ

OPC được thành lập tại Triển lãm

Chicago ISA vào tháng 9

chuẩn cho việc truy cập dữ liệu dựa trên COM và DCOM và gọi nó là OPC, viết tắt cho OLE (Microsoft Object Linking & Embedding)

tả hiện tại sang các dịch vụ web

OPC Alarms & Events (OPC AE)

được phát hành

1999

HDA), đặc tả Batch and Security được phát hành

Dữ liệu phức tạp của OPC, dữ liệu

eXchange và các đặc tả XML-DA

được công bố OPC UA, bao gồm

13 phần riêng biệt, do OPC

Foundation tạo ra Đặc tả OPC ban

đầu được gọi là "Classic OPC"

hoặc OPC Cổ điển

UA

OPC UA phiên bản 1.01 trở nên có

sẵn.OPC UA cho thiết bị phân tích

ra.OPC UA cho IEC 61131 được phát hành dưới dạng đặc tả đồng hành IEC 62541 được giải phóng (UA) 2012

UA cho ISA-95 được phát hành OPC Foundation hỗ trợ hơn 480 thành viên trên khắp Trung Quốc, Châu Âu, Nhật Bản và Bắc Mỹ

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1 GIỚI THIỆU

Yêu cầu của đề tài là điều khiển và giám sát hệ thống thông qua OPC Server, hệ thống gồm: PLC Simatic S7-1200 của Siemens, PLC AC500 của ABB, HMI CP600 ABB, băng tải phân loại sản phẩm của Siemens Giao diện điều khiển và giám sát băng tải được hiển thị trên màn hình HMI CP600

3.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển giám sát qua OPC Server

Màn hình HMI CP635

PLC PM554-T-ETH

của ABB

Phần mềm Codesys OPC Server

Băng tải phân

loại sản phẩm

của Siemens

Khối Nguồn 24VDC

Chức năng từng khối:

1 Băng tải phân loại sản phẩm: gồm băng tải, cảm biến, buzzer, …Các thiết

bị này kết nối trực tiếp với I/O của PLC S7-1200 Mô hình chủ yếu là điều khiển và giám sát hoạt động của các thiết bị trên

2 PLC Simatic S7-1200: điều khiển băng tải và giao tiếp với AC500 qua OPC Server

3 Phần mềm Kepserver OPC: lấy dữ liệu tag từ PLC S1-1200 để cung cấp cho OPC Server

4 Phần mềm Matrikon OPC Data manager: liên kết các tag trong OPC Server

5 Màn hình HMI CP635: tạo giao diện điều khiển và giám sát cho toàn hệ thống

6 PLC ABB AC500: điều khiển S7-1200 và truyền, nhận tín hiệu cho HMI CP635

7 Phần mềm Codesys OPC Server V2.3: tạo tag từ Codesys để cung cấp cho OPC Server

8 Nguồn 24VDC: cung cấp năng lượng cho hệ thống hoạt động

3.3 CÁC PHẦN MỀM SỬ DỤNG

3.3.1 Phần mềm cho PLC ABB

PS501 Control Builder Plus là công cụ kỹ thuật mới cho AC500 và AC500-eCo PLC Nó được thiết kế để lập trình PLC hiệu quả theo nhiều ngôn ngữ khác nhau của IEC 61131-3, với tiêu chuẩn quốc tế duy nhất: Ladder Diagram (LD), Function block diagram(FBD), Structured text (ST), Instruction list (IL), Sequential Function Chart (SFC) Thêm vào đó, các chức năng của PLC có thể được lập trình dưới dạng ngôn ngữ ANSI-C và được tích hợp trình biên dịch bên ngoài

PS501 Control Builder Plus cung cấp:

- Chức năng lập trình PLC mạnh mẽ

- Khả năng mô phỏng hiển thị được cải tiến

- Chuẩn đoán và gỡ lỗi thuận tiện

- Kết nối mạng và mạng truyền thông fieldbus dễ dàng

ABB sử dụng phần mềm CoDeSys để lập trình hệ thống cho toàn bộ gia đình AC500 và AC500-eco Với phần mềm Codesys bạn có thể sử dụng nhiều loại ngôn ngữ lập trình (IL, LD, FBD, SFC, ST, CFC), cấu hình hệ thống I/O linh hoạt và có thể sửa đổi cấu hình bất cứ lúc nào Tương tự, gói mô phỏng đồ họa giúp đẩy nhanh công tác chạy thử, chuẩn đoán để giữ cho dự án của bạn đúng tiến độ

Một số giao diện cơ bản để bước đầu sử dụng Control Builder Plus:

 Khi khởi động Control builder plus

 Tạo Project mới: click chuột vào create a new project

 Mở một project có sẵn từ trước : click chuột vào open a new project

Hình 3.2: Khởi động phần mềm Control builder plus

Click Tạo Project mới

Click Mở Project Project gần nhất được mở

 Chọn PLC sử dụng, ở đây ta sử dụng AC500 PM554-T-ETH

Hình 3.3: Chọn PLC cần sử dụng

 Click chuột chọn AC500 PM554-ETH V2.1

 Nhấn vào ô name để chĩnh sửa tên project

 Nhấn vào ô location để chọn nơi lưu trử

 Nhấn “Ok” để tiếp tục

 Giao diện chính để làm việc với control builder plus

Hình 3.4: Giao diện chính của control builder plus

Tên project Nơi lưu trử project

Thiết lập I/O

 Để thiết lập I/O cho PLC ta click chuột vào IO (Onboard IOs)/8DI + 6DO I/O Mapping

Hình 3.5: Cài đặt I/O onboard

 Để thiết lập địa chỉ IP cho PLC chọn IP_Setting>IP config tool

Mở Codesys

Input

Click chuột setting IP

IP của PLC

Một số bước cơ bản đễ lập trình trên Codesys:

 Nhấp đúp chuột vào biểu tượng AC500 để khởi chạy Codesys

 Tạo Object: nhấp chuột phải vào POUs chọn add Object / chọn ngôn ngữ để lập trình / “ok”

Hình 3.7: Chọn ngôn ngữ lập trình, tên chương trình

 Các thao tác chính trên Codesys

Hình 3.8: Giao diện làm việc của Codesys

Biến và kiểu giá trị của biến

 Tạo Devive cho HMI, Pannel builder 600

Hình 3.9: Khởi tạo phần mềm lập trình Panel builder 600 cho HMI

 Nhấp chuột phải ABB-AC500-PLC >Add Devive>CP600 control Panel

 Nhấp ô Name để nhập tên>Add Devive

3.3.2 Phần mềm cho HMI CP635

Hình 3.10: Mở phần mềm Panel builder 600 từ Control builder plus

Tên cho Devive mới

Add Devive

Double click chuột để mở Panel builder 600