GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 3,4 (VXL, VKĐ, SCADA) ĐỀ TÀI SỐ 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM NƯỚC NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN : NHÓM 28 PHẠM VĂN TOÀN VŨ BÁ TRÁNG NGUYỄN ĐỨC TOÀN HOÀNG HỒNG GIANG Hà Nội ngày…tháng…năm… Đồ án học phần 3 và 4 Page 1 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ ĐỀ 3 Nội dung: xây dựng hệ thống gồm máy tính điều khiển giám sát, trạm điều khiển cục và hệ thống bơm nước trong đó: P: điểm đo áp suất (có điều khiển và cảnh báo) có dải đo từ [0 - 5] bar, điểm làm việc là 3.5 bar. L: điểm đo mức (cảnh báo) có dải đo từ [o - 5] m. RUN: đèn báo hệ thống đang làm việc. HAP: đèn cảnh báo áp suất cao (lớn hơn 4.5 bar). LAL: đèn cảnh báo mức thấp (nhỏ hơn 1.0m). HAL: đèn cảnh báo mức cao (lớn hơn 4m). START, STOP: hai nút nhấn khởi động và dừng hệ thống. Đồ án học phần 3 và 4 Page 2 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ PHẦN 1:CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1.1. Mục đích Nguồn nước rất quan trọng đối với sự sống và mọi hoạt động của con người, nguồn nước ở 1 số nơi trên thế giới rất là khan hiếm và tình trạng ô nhiễm nguồn nước ngày càng gia tăng.Trước thực trạng ấy chúng ta cần phải có giải pháp để khai thác và sử dụng nguồn nước sạch 1 cách hiệu quả và tiết kiệm. Muốn làm được điều này,chúng ta phải đưa hệ thống điều khiển vào bể chứa để điều khiển mức nước trong bể dùng PLC,qua đó duy trì mức nước trong bể ở trong giới hạn mức cho phép. Khi đó nước sẽ được bơm và sử dụng một cách hợp lý. I. Phương pháp đo áp suất Phương pháp đo áp suất phụ thuộc vào dạng áp suất 1. Đo áp suất tĩnh - Đo trực tiếp chất lưu thong qua 1 lỗ khoan trên thành bình - Đo gián tiếp thong qua biến dạng của thành bình dưới tác động của áp suất 2. Đo áp suất động - Dựa theo nguyên tức chung là đo hiệu suất tổng và áp suất tĩnh - Có thể đo bằng cách đặt áp suất tổng lên màng trước, đặt áp suất tĩnh lên màng sau của màng đo, tín hiệu đưa ra là đọ chênh lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh - Áp suất có đơn vị đo là pascal (Pa) - Trong công nghiệp còn dùng đơn vị đo là bar (1bar= 10^5 Pa) Công thức xác định dF p= dS dF: lực tác dụng dS: diện tích thành ống chị lực tác dụng II. Phương pháp đo mức chất lỏng Đồ án học phần 3 và 4 Page 3 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ Có hai dạng đo: đo liên tục và xác định theo ngưỡng. Khi đo liên tục biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu còn lại trong bình chứa. Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa ra tín hiệu dạng nhị phân cho biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngưỡng có đạt hay không. Có ba phương pháp hay dùng trong kỹ thuật đo và phát hiện mức chất lưu: - Phương pháp thuỷ tĩnh dùng biến đổi điện. - Phương pháp điện dựa trên tính chất điện của chất lưu. - Phương pháp bức xạ dựa trên sự tương tác giữa bức xạ và chất lưu. Một số loại cảm biến đo mức chất lưu * Cảm biến độ dẫn Các cảm biến loại này dùng để đo mức các chất lưu có tính dẫn điện (độ dẫn điện ~ 50μScm-1). Trên hình 20.22 giới thiệu một số cảm biến độ dẫn đo mức thông dụng. Hình 20.22: Cảm biến độ dẫn a) Cảm biến hai điện cực b) Cảm biến một điện cực c) Cảm biến phát hiện mức Sơ đồ cảm biến hình 20.22a gồm hai điện cực hình trụ nhúng trong chất lỏng dẫn điện. Trong chế độ đo liên tục, các điện cực được nối với nguồn nuôi xoay chiều ~ 10V (để tránh hiện tượng phân cực của các điện cực). Dòng điện chạy qua các điện cực có biên độ tỉ lệ với chiều dài của phần điện cực nhúng chìm trong chất lỏng. Sơ đồ cảm biến hình 20.22b chỉ sử dụng một điện cực, điện cực thứ hai là bình chứa bằng kim loại. Đồ án học phần 3 và 4 Page 4 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ Sơ đồ cảm biến hình 20.22c dùng để phát hiện ngưỡng, gồm hai điện cực ngắn đặt theo phương ngang, điện cực còn lại nối với thành bình kim loại,vị trí mỗi điện cực ngắn ứng với một mức ngưỡng. Khi mức chất lỏng đạt tới điện cực, dòng điện trong mạch thay đổi mạnh về biên độ. * Cảm biến tụ điện Khi chất lỏng là chất cách điện, có thể tạo tụ điện bằng hai điện cực hình trụ nhúng trong chất lỏng hoặc một điện cực kết hợp với điện cực thứ hai là thành bình chứa nếu thành bình làm bằng kim loại. Chất điện môi giữa hai điện cực chính là chất lỏng ở phần điện cực bị ngập và không khí ở phần không có chất lỏng. Việc đo mức chất lưu được chuyển thành đo điện dung của tụ điện, điện dung này thay đổi theo mức chất lỏng trong bình chứa. Điều kiện để áp dụng phương pháp này hằng số điện môi của chất lỏng phải lớn hơn đáng kể hằng số điện môi của không khí (thường là gấp đôi). Trong trường hợp chất lưu là chất dẫn điện, để tạo tụ điện người ta dùng một điện cực kim loại bên ngoài có phủ cách điện, lớp phủ đóng vai trò chất điện môi còn chất lưu đóng vai trò điện cực thứ hai. Đồ án học phần 3 và 4 Page 5 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ 1.2. Tìm hiểu về PLC 1.2.1. Khái quát chung về PLC S7-300 1.3.1.1. Cấu trúc PLC S7-300 PLC là thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình. PLC là một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh ( với PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình ( Khối OB, FC hoặc FB) và được thực hiện theo chu kỳ vòng quét. Hình 1.8 Nguyên lí chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình (PLC) Để có thể thực hiện được một chươg trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển và tất nhiên phải có cổng vào/ ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC cần phải có thêm các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Timer)và những khối hàm chuyên dụng (hình 1.8). Đồ án học phần 3 và 4 Page 6 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ  Các module của PLC S7-300 Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không được cứng hoá về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành các module. Số các module được chia nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, song tối thiểu phải có một module chính là module CPU. Các module còn lại là các module nhận/truyền tín hiệu với tín hiệu điều khiển, các module chức năng chuyên dụng như các module PID, điều khiển động cơ....Chúng được gọi chung là modul mở rộng. Tất cả các module được gá trên những thanh ray (Rack). Hình 1.9. Cấu trúc một thanh Rack của PLC S7-300 Module CPU Hình 1.10. Hình ảnh module CPU 312C Đồ án học phần 3 và 4 Page 7 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ Modul CPU là modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS 485)... và có thể còn có một vài cổng vào/ra số. Các cổng vào/ra số có trên modul CPU được gọi là cổng vào/ra onboard. Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau. Nói chung chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như modul 312, modul 314, modul 315... Những modul cùng sử dụng một 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 cho việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ cái IFM (Intergrated Function Module). Ví dụ modul 312 IFM, modul 314 IFM... Ngoài ra còn có các loại modul CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Tất nhiên kèm theo cổng truyền thông thứ hai này là những phần mềm tiện dụng thích hợp cũng đã được cài sẵn trong hệ điều hành. Các loại CPU được phân biệt với những modul CPU khác bằng thêm cụm từ DP (Distributed Port) trong tên gọi. Ví dụ modul 315- DP, 315-2DP Module mở rộng Module mở rộng được chia thành 5 loại chính : Hình 1.11 Hình ảnh thực tế các module mở rộng của PLC S7-300 - Module nguồn – PS ( Power supply) Có chức năng cung cấp nguồn cho các module của hệ Simatic S7_300. Module nguồn có 3 loại : 2A, 5A, 10A *PS 307 2A dòng ra 2A Điện áp ra: 24VDC, chống ngắn mạch Nối với hệ thống AC một pha (điện áp vào 120/230 VAC tần số 50/60 Hz) Đồ án học phần 3 và 4 Page 8 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ *PS 307 5A dòng ra 5A Điện áp ra: 24VDC, chống ngắn mạch Nối với hệ thống AC một pha (điện áp vào 120/230 VAC tần số 50/60 Hz) *PS 307 10A dòng ra 10A Điện áp ra: 24VDC, chống ngắn mạch Nối với hệ thống AC một pha (điện áp vào 120/230 VAC tần số 50/60 Hz) - Module tín hiệu SM (Signal module) SM (Signal modul): modul mở rộng cổng tín hiện vào/ra bao gồm: + DI (digital input): modul mở rộng các cổng vào số. Số các cổng vào số mở rộng có thể là 8, 16, hoặc 32 tuỳ theo từng loại module. + DO (digital output): modul mở rộng các cổng ra số. Số các cổng ra số mở rộng có thể là 8, 16, hoặc 32 tuỳ theo từng loại modul + DI/DO (digital input/digital output): modul mở rộng các cổng vào/ra số. Số các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8vào/8ra, 16vào/16 ra theo từng loại modul. + AI (analog input): Modul mở rộng các cổng vào tương tự. Về bản chất chúng chính là các bộ chuyển đổi tương tự số12 bit (AD), tức là mỗi tín hiệu tương tự được chuyển thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 bit. Số các cổng vào tương tự có thể là 2,4 hoặc 8 tuỳ từng loại modul. + AO (analog output): Modul mở rộng các cổng ra tương tự. Về bản chất chúng chính là các bộ chuyển đổi số tương tự (DA). Số các cổng ra tương tự có thể là 2 hoặc 4 tuỳ từng loại modul. +AI/AO (analog input/analog output): Modul mở rộng các cổng vào/ra tương tự. Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4vào/4 ra tuỳ từng loại modul. - Module ghép nối IM (Interface module) Modul ghép nối. đây là loại modul chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các modul mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản ly chung bởi modul CPU. Thông thường các modul mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi một rack chỉ có thể gá được nhiều nhất 8 modul mở rộng (không kể modul CPU, modul nguồn nuôi. Một modul CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp được với nhiều nhất 4 Racks và các Racks này phải được nối với nhau bằng modul IM Đồ án học phần 3 và 4 Page 9 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ - Module chức năng FM ( Function module) Modul có chức năng điều khiển riêng, ví dụ như module điều khiển động cơ bước, modul điều khiển động cơ servo, modul PID, modul điều khiển vòng kín. - Module truyền thông CP ( Communication module) Phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính. 1.3.1.2. Cách thức PLC thực hiện chương trình PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp, mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (scan), mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình.Trong từng vòng quét chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (Block End). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đếm ảo Q tới các cổng ra số, vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm soát lỗi. Chuyển dữ liệu từ Truyền thông VÒNG cổng vào tới I và kiểm tra nội bộ QUÉT Chuyển dữ liệu từ Thực hiện Q tới cổng ra chương trình Hình 1.12 vòng quét chương trình Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định tức là không phải vòng quét nào cũng thực hiện trong khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét thực hiện lâu có vòng quét thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối dữ liệu được truyền thông trong vòng quét đó. Đồ án học phần 3 và 4 Page 10 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển tới các đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Nói cách khác thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn thì tính thời gian thực của chương trình càng cao 1.3.1.3. Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ  Kiểu dữ liệu Một chương trình ứng dụng S7 – 300 có thể sử dụng các kiểu dữ liệu sau: - BOOL: Với dung lượng 1 bit và có giá trị là 0 hoặc 1 ( đúng hoặc sai ). Đây là kiểu dữ liệu cho biến hai trị. - BYTE: Gồm 8 bits, thường được dùng để biểu diễn một số nguyên dương trong khoảng từ 0 đến 255 hoặc mã ASCII của một ký tự. - WORD: Gồm 2 bytes để biểu diễn 1 số nguyên dương từ 0 đến 65535. - INT: Cũng có dung lượng là 2 bytes, dùng để biểu diễn số nguyên trong khoảng – 32768 đến 32767. - DINT: gồm 4 bytes, dùng để biểu diễn một số nguyên từ – 2147483648 đến 2147483647. - REAL: gồm 4 byte dùng để biểu diễn một số thực dấu phẩy động. - S5T (hay S5TIME): khoảng thời gian, được tính theo giờ/phút/giây/mini giây. - TOD: Biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây. - DATE: Biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày. - CHAR: Biểu diễn một hoặc nhiều ký tự (nhiều nhất là 4 ký tự)  Cấu trúc bộ nhớ của CPU Bộ nhớ của S7–300 được chia làm 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 phải được xây dựng thành khối dữ liệu riêng (gọi là DB – Data Block). Đồ án học phần 3 và 4 Page 11 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ - Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được chia thành 7 vùng khác nhau bao gồm : + I ( Process image input): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số. Trước khi bắt đầu thực hiện chương trình PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất giữ chúng tại vùng nhớ I, thông thường chương trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I. +. Q ( Process image output): Miền bộ nhớ đệm các dữ liệu cổng ra số. Kết thúc giai đoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các cổng ra số. Thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới cổng ra mà chỉ chuyển chúng vào bộ nhớ đệm Q. + M ( Miền các biến cờ ): Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy cập nó theo bit(M) byte(MB), từ (MW) hay từ kép (MD). + T : Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer ) bao gồm việc lưu trữ giá trị thời gian đặt trước ( PV - Preset value ) ,giá trị đếm thời gian tức thời ( CV - Current value ) cũng như giá trị logic đầu ra của bộ thời gian. + C : Miền nhớ phục vụ bộ đếm ( Counter ) bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt trước ( PV - Preset value ),giá trị đếm tức thời (CV - current value ) và giá trị logic đầu ra của bộ đếm. + PI: Miền địa chỉ cổng vào các module tương tự (I/O: external input ).Các giá trị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ được module đọc và chuyển tự động theo những địa chỉ. Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PI theo từng byte (PIB), từng từ (PIW) hoặc từng kép (PID). + PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module tương tự (I/O - external output). Các giá trị theo những địa chỉ này sẽ được module tương tự chuyển tới các cổng ra tương tự. Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PQ theo từng byte (PQB), từng từ kép (PQD). - Vùng chứa các khối dữ liệu, được chia thành 2 loại: +DB (Data block). Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối, kích thước cũng như số lượng, khối do người sử dụng qui định và phù hợp với từng bài toán điều khiển. Chương trình có thể truy cập miền này theo từng bit (DBX), byte (DBB), từ (DBW), từ kép (DBD). +L ( Local data block ): Đây là miền dữ liệu địa phương được các khối chương trình OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu Đồ án học phần 3 và 4 Page 12 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ của biến hình thức với những khối chương trình đã gọi nó. Nội dung của một số dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình tương ứng trong OB, FC. FB. Miền nhớ này có thể truy nhập từ chương trình theo bit (L), byte (LB), từ kép LD 1.3.1.4. Những khối OB đặc biệt - OB10 (Time of Day Interrupt): Chương trình trong khối OB10 sẽ được thực hiện khi giá trị thời gian của đồng hồ thời gian thực nằm trong một khoảng thời gian đã được quy định. Việc quy định khoảng thời gian hay số lần gọi OB10 được thực hiện nhờ chương trình hệ thống SFC28 hay trong bảng tham số của module CPU nhờ phần mềm STEP 7 - OB20 (Time Relay Interrupt): Chương trình trong khối OB20 sẽ được thực hiện sau một khoảng thời gian trễ đặt trước kể từ khi gọi chương trình hệ thống SFC32 để đặt thời gian trễ - OB35 (Cyclic Interrupt): Chương trình trong khối OB35 sẽ được thực hiện cách đều nhau một khoảng thời gian cố định. Mặc định, khoảng thời gian này là 100ms, nhưng ta có thể thay đổi nhờ STEP 7 - OB40 (Hardware Interrupt): Chương trình trong khối OB40 sẽ được thực hiện khi xuất hiện một tín hiệu báo ngắt từ ngoại vi đưa vào CPU thông qua các cổng onbroad đặc biệt, hoặc thông qua các module SM, CP, FM - OB80 (Cycle Time Fault): Chương trình trong khối OB80 sẽ được thực hiện khi thời gian vòng quét (scan time) vượt quá khoảng thời gian cực đại đã quy định hoặc khi có một tín hiệu ngắt gọi một khối OB nào đó mà khối OB này chưa kết thuc ở lần gọi trước. Thời gian quét mặc định là 150ms - OB81 (Power Supply Fault): Chương trình trong khối OB81 sẽ được thực hiện khi thấy có xuất hiện lỗi về bộ nguồn nuôi - OB82 (Diagnostic Interrupt): Chương trình trong khối OB82 sẽ được thực hiện có sự cố từ các module mở rộng vào/ra. Các module này phải là các module có khả năng tự kiểm tra mình (diagnostic cabilities) - OB87 (Communication Fault): Chương trình trong khối OB87 sẽ được thực hiện có xuất hiện lỗi trong truyền thông - OB100 (Start Up Information): Chương trình trong khối OB100 sẽ được thực hiện một lần khi CPU chuyển từ trạng thái STOP sang RUN Đồ án học phần 3 và 4 Page 13 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ - OB121 (Synchronous Error): Chương trình trong khối OB121 sẽ được thực hiện khi CPU phát hiện thấy lỗi logic trong chương trhhh đổi sai kiuu dữ liệu hay lỗi truy nhập khối DB, FC, FB không có trong bộ nhớ 1.3.1.5. Một số tập lệnh cơ bản  Một số lệnh logic tiếp điểm - Lệnh gán Cú pháp = Toán hạng là địa chỉ bit I,Q,M,L,D - Lệnh thực hiện phép tính ^ Cú pháp A Toán hạng là dữ liệu kiểu BOLL hoặc địa chỉ bit I,Q,M,L,D,T,C Ví dụ : thực hiện Q0.4=I0.3^I0.4 Network 1 A I0.3 // đọc nội dung của I0.3 vào RLO A I0.4 //kết hợp với nội dung cổng I0.4 = Q0.4 - Lệnh phát sườn lên Cú pháp FP Toán hạng là địa chỉ bit I,Q,M,L,D - Lệnh phát hiện sườn xuống Cú pháp FN  Nhóm lệnh so sánh số thực 32bit - Lệnh so sánh bằng nhau giữa 2 số thực 32bit Cú pháp ==R Lệnh thực hiện so sánh 2 số thự 32bit trong 2 thanh ghi ACCU1 và ACCU2. Nếu số thực trong ACCU1 = ACCU2 thì trạng thái RLO sẽ nhận giá trị 1,ngược lại nhận giá trị 0. - Lệnh so sánh không bằng nhau giữa 2 số thực 32bits Cú pháp <>R - Lệnh so sánh lớn hơn 2 số thực 32bits Cú pháp >R - Lệnh so sánh nhỏ hơn hai số thực 32 bít Cú pháp =R - Lện so sánh nhỏ hơn hoặc bằng 2 số thực 32 bit Cú pháp <=R  Một số lệnh chuyển đổi dữ liệu - Lệnh chuyển đổi BCD thành số nguyên 32 bit Cú pháp BTD Lệnh không có toán hạng và thực hiện việc chuyển đổi số BCD có 7 chữ số nằm trong 28 bit đầu của ACCU1 thành số nguyên 32 bit. Kết quả được cất giừ vào ACCU1 - Lệnh chuyển đổi số nguyên 32 bit thành số thực Cú pháp DTR Lệnh thực hiện chuyển đổi một số nguyên 32 bit trong ACCU1 thành số thực 32 bit dấu phảy động. kết quả được cất lại vào ACCU1. Ví dụ : đổi số nguyên 16 bit (-3278 ÷ 3277) đọc từ cổng tương tự PIW304 thành một số thực có giá trị bằng mức điện áp tại cổng (-10÷10V) và cất vào ô nhớ MD0 L PIW304 //số đọc được là số nguyên 16 bit ITD //chuyển đổi thành số nguyên 32 bit DTR //chuyển thành số thực L 3276.7 /R //tính ra giá trị điện áp tại cổng T MD0 1.2.2. Module analog Module analog là một công cụ để xử lý các tín hiệu tương tự thông qua việc xử lý các tín hiệu số Analog input: Thực chất nó là một bộ biến đổi tương tự - số (A/D). Nó chuyển tín hiệu tương tự ở đầu vào thành các con số ở đầu ra. Dùng để kết nối các thiết bị đo với bộ điều khiển: chẳng hạn như đo nhiệt độ. Analog output : Analog output cũng là một phần của module analog. Thực chất nó là một bộ biến đổi số - tương tự (D/A). Nó chuyển tín hiệu số ở đầu vào thành tín hiệu tương tự ở đầu ra. Dùng để điều khiển các thiết bị với dải đo tương tự. Chẳng hạn như điều khiển Van mở với góc từ 0-100%, hay điều khiển tốc độ biến tần 0- 50Hz. Đồ án học phần 3 và 4 Page 15 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ Thông thường đầu vào của các module analog là các tín hiệu điện áp hoặc dòng điện. Trong khi đó các tín hiệu tương tự cần xử lý lại thường là các tín hiệu không điện như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu lượng, khối lượng . . . Vì vậy người ta cần phải có một thiết bị trung gian để chuyển các tín hiệu này về tín hiệu điện áp hoặc tín hiệu dòng điện – thiết bị này được gọi là các đầu đo hay cảm biến. Để tiện dụng và đơn giản các tín hiệu vào của module Analog Input và tín hiệu ra của module Analog Output tuân theo chuẩn tín hiệu của công nghiệp.Có 2 loại chuẩn phổ biến là chuẩn điện áp và chuẩn dòng điện. - Điện áp : 0 – 10V, 0-5V, ± 5V… - Dòng điện : 4 – 20 mA, 0-20mA, ± 10mA. Trong khi đó tín hiệu từ các cảm biến đưa ra lại không đúng theo chuẩn . Vì vậy người ta cần phải dùng thêm một thiết chuyển đổi để đưa chúng về chuẩn công nghiệp. Kết hợp các đầu cảm biến và các thiết bị chuyển đổi này thành một bộ cảm biến hoàn chỉnh , thường gọi tắt là thiết bị cảm biến, hay đúng hơn là thiết đo và chuyểnđổi đo ( bộ transducer). Module analog Thiết bị cảm biến 0 – 10V Thiết bị Analog Input Đầu đo chuyển ( A/D) đổi Các con số Tín hiệu vào 4-20 mA không điện Analog Output Tín hiệu ra tương tự ( D/A) 0 – 10 V Các con số 4 – 20 mA Hình 1.13. quá trình chuyển đổi ADC (analog to digital conveter) Đồ án học phần 3 và 4 Page 16 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ SM 334 là 1 module tương tự gồm có 4AI và 2AO 12bit có tích hợp bộ chuyển đổi ADC ( analog to digital converter) Hình 1.14. Hình ảnh module analog SM334 Hình 1.15. Sơ đồ khối của Module analog SM334 - Kết nối chân M(ana) (chân 15 hoặc 18) với chân mát M của CPU sử dụng dây có tiết diện tối thiểu 1mm Đồ án học phần 3 và 4 Page 17 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ - Nếu 2 chân này không được nối với nhau thì module sẽ tắt. ngõ vào lúc này có giá trị 7HHH. Ngõ ra có giá trị bằng 0. Nếu để module hoạt động không được nối mát trong 1 thời gian có thể dẫn tới hư hỏng - Chiều dài tối đa của cáp là 200m 1.3. Tìm hiểu về HMI và WINCC 1.3.1. Tìm hiểu về HMI 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 tiếp” với một máy móc thì đó là một HMI. 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,… Các ưu điểm của HMI Ưu điểm lớn nhất là trong các máy tính nhúng có hình dạng nhỏ gọn giúp nó thay thế hiển thị 2 đường trên một công cụ thông thường hay trên bộ truyền với một HMI có đầy đủ tính năng. Người điều khiển làm việc trong không gian rất hạn chế tại sản nhà máy. Đôi khi không có chỗ cho họ, các công cụ, phụ tùng và HMI cỡ lớn nên họ cần có HMI có thể di chuyển được. - Một số hệ thống HMI Hình 1.16. HMI điều khiển trực tiếp 1 bộ điều khiển thông qua PROFIBUS Đồ án học phần 3 và 4 Page 18 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ Hình 1.17 HMI điều khiển nhiều bộ điều khiển thông PROFIBUS Hình 1.18 HMI kết nối với máy chủ thông qua đường truyền LAN(TCP/IP) 1.3.2. Tìm hiểu về WINCC WinCC (Window Control Center) là phần mềm tạo dựng hệ SCADA và HMI rất mạnh của hãng SIEMENS hiện đang được dùng phổ biến trên thế giới và Việt Nam. WinCC hiện có mặt trong rất nhiều lĩnh vực như sản xuất xi măng, giấy, théo, dầu khí,… WinCC là một hệ thống điều khiển trung lập có tính công nghiệp và có tính kỹ thuật, hệ thống màn hình hiển thị đồ họa và điều khiển nhiệm vụ trong sản xuất và tự động hóa quá trình. Hệ thống này đưa ra những module chức năng tích hợp công Đồ án học phần 3 và 4 Page 19 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ nghiệp cho hiển thị đồ họa, những thông báo, những lưu trữ và những báo cáo. Nó là một trình điều khiển mạnh, nhanh chóng cập nhật các ảnh và những chức năng lưu trữ an toàn, bảo đảm một tính lợi ích cao đem lại cho người vận hành một giao diện trực quan dễ sử dụng, có khả năng giám sát và điều khiển quá trình công nghệ theo chế độ thời gian thực. Ngoài những chức năng hệ thống, WinCC đưa ra những giao diện mở cho các giải pháp của người dùng. Những giao diện này làm cho nó có thể tích hợp trong những giải pháp tự động hóa phức tạp, các giải pháp cho công ty mở. Sự truy nhập tới cơ sở dữ liệu tích hợp bởi những giao diện chuẩn ODBC và SQL, sự lồng ghép những đối tượng và những tài liệu được tích hợp bởi OLE2.0 và OLE Custom Controls (OCX). Những cơ chế này làm cho WinCC là một đối tác dễ hiểu, dễ truyền tải trong môi trường Windows Để xây dựng được giao diện HMI bằng phần mềm WinCC thì cấu hình phần cứng phải bao gồm thiết bị PLC S7-xxx và cấu hình phần cứng tối thiểu của máy tính cho việc sử dụng phần mềm WinCC và các thiết bị khác phục vụ cho việc truyền thông.  Các thành phần cơ bản của WinCC - Communications Drivers : là các driver giúp WinCC có thể thực hiện giao tiếp với các thiết bị theo các tiêu chuẩn khác nhau, ví dụ như theo chuẩn mạng profibus, chuẩn mạng modbus… - Graphics Designer : là công cụ giúp người dùng tạo các giao diện tương thích với hệ thống thực tế, từ đó người dùng có thể thực hiện các thao tác điều khiển các thiết bị của hệ thống đó . - Tag Logging : là công cụ thực hiện việc lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi, chuẩn bị để hiển thị và lưu trữ các dữ liệu . Từ những dữ liệu trên giúp thiết lập các thông báo, các bảng, biểu hoàn chỉnh về giá trị của quá trình . - Alarm Logging : đây là công cụ giúp cung cấp các thông tin về các lỗi phát sinh và trạng thái hoạt động toàn diện của hệ thống . Từ công cụ Alarm Logging nó giúp người dùng sớm nhận ra các tình trạng nguy cấp của hệ thống từ đó tránh và giảm thiểu rủi ro, nâng cao chất lượng cho hệ thống .  Nguyên tắc hoạt động của WinCC Một chương trình của chúng ta sẽ được tạo ra bởi các công cụ soạn thảo ( bao gồm các chương trình Graphic System, Alarm Logging, Archive System…) . Các thông số trong chương trình của ta sẽ được lưu trong vùng nhớ dữ liệu CS (Configuration database) . Đồ án học phần 3 và 4 Page 20