Đề tài Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát trên nền WinCC sử dụng mạng Profibus

iây/miligiây.  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 kí tự (nhiều nhất là 4 kí tự). 1.2.3. Vòng quét chương trình của S7 300 PLC thực hiện chƣơng trình theo một chu trình lặp đƣợc gọi là vòng quét (scan). Một vòng lặp đƣợc gọi là một vòng quét. Có thể chia một chu trình thực hiện của S7- 300 ra làm 4 giai đoạn nhƣ hình dƣới. Một điểm cần chú ý là tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra thông thƣờng các lệnh không làm việc trực tiếp với các cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Chỉ khi gặp lệnh yêu cầu truy xuất các đầu vào/ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng các công việc khác, ngay cả chƣơng trình xử lí ngắt để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với các cổng vào/ra. Các vòng quét nhanh, chậm phụ thuộc vào số lệnh trong chƣơng trình. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 118 Nhƣ vậy việc đọc dữ liệu từ đối tƣợng để xử lý, tính toán và việc gữi tín hiệu điều khiển đến đối tƣợng 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 chƣơng trình điều khiển trong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chƣơng trình càng cao. Nếu sử dụng các khối chƣơng trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ nhƣ khối OB40, QB80,... Chƣơng trình các khối đó sẽ thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu cùng chủng loại. Hình 2.4: Sơ đồ vòng quét chương trình PLC 1.2.4. Ngôn ngữ lập trình S7-300 * Nhóm hàm logic tiếp điểm  Hàm AND : Toán hạng là kiểu dữ liệu BOOL hay địa chỉ bit I,Q, M, T, C, D Hình 2.5: Khai báo hàm AND Tín hiệu ra Q4.0 sẽ bằng 1 khi đồng thời tín hiệu I0.0=1 và I0.1=1.  Hàm OR : Toán hạng là kiểu dữ liệu BOOL hay địa chỉ bit I,Q, M, T, C, D, L. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 119 Hình 2.6: Khai báo hàm OR Tín hiệu ra sẽ bằng 1 khi ít nhất có một tín hiệu vào bằng 1.  Hàm NOT: tín hiệu ra sẽ là nghịch đảo của tín hiệu vào. Hình 2.7: Khai báo hàm thực hiện chức năng phủ định.  Lệnh xoá RESET: Toán hạng là địa chỉ bit I, Q, M, T, C, D, L. Hình 2.8: Khối thực hiện chức năng RESET Tín hiệu ra Q4.0 = 0 (Q4.0 sẽ đƣợc xoá ) khi I0.0 =1 .  Lệnh SET: Toán hạng là địa chỉ bit I, Q, M, T, C, D, L. Hình 2.9: Khối thực hiện chức năng SET. Tín hiệu ra Q4.0 = 1 (Q4.0 sẽ đƣợc thiết lập ) khi I0.0 =1. * Nhóm hàm so sánh:  Nhóm hàm so sánh số nguyên 16 bit: Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 120 Hình 2.10: Khối thực hiện chức năng so sánh bằng nhau Có các dạng so sánh hai số nguyên 16 bits nhƣ sau : • Hàm so sánh bằng nhau giữa hai số nguyên 16 bits: == • Hàm so sánh khác nhau giữa hai số nguyên 16 bits: • Hàm so sánh lớn hơn giữa hai số nguyên 16 bits: > • Hàm so sánh nhỏ hơn giữa hai số nguyên 16 bits: < • Hàm so sánh lớn hơn hoặc bằng nhau giữa hai số nguyên 16 bits: >=  Nhóm hàm so sánh hai số nguyên 32 bits: Hình 2.11: Khối thực hiện chức năng so sánh Trong ví dụ trên đầu ra Q4.0 sẽ là "1" khi MD0 = MD4. • Hàm so sánh bằng nhau giữa hai số nguyên 32 bits: == • Hàm so sánh khác nhau giữa hai số nguyên 32 bits: • Hàm so sánh lớn hơn giữa hai số nguyên 32 bits: > • Hàm so sánh nhỏ hơn giữa hai số nguyên 32 bits: < • Hàm so sánh lớn hơn hoặc bằng nhau giữa hai số nguyên 32 bits: >= • Hàm so sánh nhỏ hơn hoặc bằng nhau giữa hai số nguyên 32 bits: <= Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 121 Hình 2.12: Khối thực hiện chức năng so sánh hai số thực. Trong ví dụ trên đầu ra Q4.0 sẽ là "1" khi MD0 < MD1 . Các dạng so sánh hai số thực 32 bits nhƣ sau : • Hàm so sánh bằng nhau giữa hai số thực 32 bits: == • Hàm so sánh khác nhau giữa hai số thực 32 bits: • Hàm so sánh lớn hơn giữa hai số thực 32 bits: > • Hàm so sánh nhỏ hơn giữa hai số thực 32 bits: < • Hàm so sánh lớn hơn hoặc bằng nhau giữa hai số thực 32 bits: >= • Hàm so sánh nhỏ hơn hoặc bằng nhau giữa hai số thực 32bits: <= * Nhóm hàm toán học:  Nhóm hàm làm việc với số nguyên 16 bits:  Cộng hai số nguyên 16 bits Hình 2.13: Khối thực hiện chức năng cộng hai số nguyên 16 bits. Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện cộng hai số nguyên 16 bits MW0 với MW2. Kết quả đƣợc cất vào MW10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng.  Trừ hai số nguyên 16 bits Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 122 Hình 2.14: Khối thực hiện chức năng trừ hai số nguyên 16 bits. Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện trừ hai số nguyên 16 bits MW0 với MW2. Kết quả đƣợc cất vào MW10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng.  Nhân hai số nguyên 16 bits Hình 2.15: Khối thực hiện chức năng nhân hai số nguyên 16 bits. Dữ liệu vào /ra: EN: bool ; IN1: int ; IN2: int ; OUT: int; ENO: bool Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.1 = và hàm sẽ thực hiện nhân hai số nguyên 16 bits MW0 với MW2. Kết quả đƣợc cất vào MW10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng.  Chia hai số nguyên 16 bits Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 123 Hình 2.16: Khối thực hiện chức năng chia hai số nguyên 16 bist. Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện chia hai số nguyên 16 bits MW0 với MW2. Kết quả đƣợc cất vào MW10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng.  Nhóm hàm làm việc với số nguyên 32 bits:  Cộng hai số nguyên 32 bits Dữ liệu vào/ra: EN: BOOL; IN1: DINT IN2: DINT OUT: DINT ENO: BOOL Hình 2.17: Khối thực hiện chức năng cộng hai số nguyên 16 bits. Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện cộng hai số nguyên 32 bits MD0 với MD2. Kết quả đƣợc cất vào MD10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng.  Trừ hai số nguyên 32 bits Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 124 Hình 2.18: Khối thực hiện chức năng trừ hai số nguyên 16 bits. Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện trừ hai số nguyên D16 bits MD0 với MD2. Kết quả đƣợc cất vào MW10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng.  Nhân hai số nguyên 32 bits Hình 2.19: Khối thực hiện chức năng nhân hai số nguyên 32 bits. Dữ liệu vào /ra: EN: bool IN1: Dint IN2: Dint OUT: Dint ENO: bool Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.1 = và hàm sẽ thực hiện nhân hai số nguyên 32 bits MD0 với MD2. Kết quả đƣợc cất vào MD10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng. + Chia hai số nguyên 16 bits Hình 2.20: Khối thực hiện chức năng chia hai số nguyên 32 bist. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 125 Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện chia hai số nguyên 32 bits MD0 với MD2. Kết quả đƣợc cất vào MD10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng.  Nhóm hàm làm việc với số thực:  Cộng hai số thực Dữ liệu vào/ra: EN: BOOL; IN1: REAL; IN2: REAL; OUT: REAL; ENO: BOOL Hình 2.21: Khối thực hiện chức năng cộng hai số thực. Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện cộng hai số thực MD0 với MD2. Kết quả đƣợc cất vào MD10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng.  Trừ hai số thực Hình 2.22: Khối thực hiện chức năng trừ hai số thực. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 126 Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện trừ hai số thực MD0 với MD2. Kết quả đƣợc cất vào MD10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng.  Nhân hai số thực Hình 2.23: Khối thực hiện chức năng nhân hai số thực Dữ liệu vào /ra: EN: bool IN1: Dint IN2: Dint OUT: Dint ENO: bool Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.1 = và hàm sẽ thực hiện nhân hai số thực MD0 với MD2. Kết quả đƣợc cất vào MD10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng.  Chia hai số nguyên 16 bits Hình 2.24: Khối thực hiện chức năng chia hai số thực Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện chia hai số thực MD0 với MD2. Kết quả đƣợc cất vào MD10. Trong trƣờng hợp tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 127 * Hàm lấy giá trị tuyệt đối (ABS): Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện chức năng giá trị tuyệt đối của MD8 rồi cất vào MD12. Khi tín hiệu vào I0.0 = 0 đầu ra Q4.0 = 0 và hàm sẽ không thực hiện chức năng. Hình 2.25: Khối hàm thực hiện lấy giá trị tuyệt đối Kiểu dữ liệu vào ra: EN: BOOL; IN: REAL; OUT: REAL; ENO: BOOL * Hàm SIN, COS, TAN, ASIN, ACOS, ATAN: Khi tín hiệu vào I0.0 = 1 đầu ra Q4.0 = 1 và hàm sẽ thực hiện chức năng tính SIN,COS, TAN, ASIN, ACOS, ATAN của MD0 rồi cất vào MD10. Hình 2.26: Khối hàm thực hiện lấy giá trị SIN Kiểu dữ liệu vào/ra: EN: BOOL; IN: REAL; OUT: REAL; ENO: BOOL * Bộ thời gian TIMER  Nguyên lý làm việc chung của bộ thời gian TIMER: Bộ thời gian Timer là bộ tạo thời gian trễ T mong muốn giữa tín hiệu logic đầu vào X(t) và đầu ra Y(t). Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 128 S7-300 có 5 bộ thời gian Timer khác nhau. Tất cả 5 loại Timer này cùng bắt đầu tạo thời gian trễ tín hiệu kể từ thời điểm có sƣờn lên của tín hiệu đầu vào , tức là khi có tín hiệu đầu vào U(t) chuyển trạng thái từ logic "0" lên logic"1", đƣợc gọi là thời điểm Timer đƣợc kích. Thời gian trễ T mong muốn đƣợc khai báo với Timer bằng giá trị 16 bits bao gồm hai thành phần:  Độ phân giải với đơn vị là mS. Timer của S7 có 4 loại phân giải khác nhau là 10ms, 100ms, 1s và 10s.  Một số nguyên BCD trong khoảng từ 0 đến 999 đƣợc gọi là PV ( Preset Value- giá trị đặt trƣớc). Nhƣ vậy thời gian trễ T đƣợc tính nhƣ sau: T= Độ phân giải x PV. Ngay tại thời điểm kích Timer, giá trị PV đƣợc chuyển vào thanh ghi 16 bits của Timer T-Word ( gọi là thanh ghi CV- Curren value- giá trị tức thời). Timer sẽ ghi nhớ khoảng thời gian trôi qua kể từ khi kích bằng cách giảm dần một cách tƣơng ứng nội dung thanh ghi CV. Nếu nội dung thanh ghi CV trở về bằng 0 thì Timer đã đạt đƣợc thời gian mong muốn T và điều này đƣợc báo ra ngoài bằng cách thay đổi trạng thái tín hiệu đầu ra Y(t). Việc thông báo ra ngoài bằng cách đổi trạng thái tín hiệu dầu ra Y(t) nhƣ thế nào còn phụ thuộc vào loại Timer đƣợc sử dụng. Hình 2.27: Sơ đồ khối bộ TIMER Bên cạnh sƣờn lên của tín hiệu đầu vào U(t), Timer còn có thể kích bằng sƣờn lên của tín hiệu kích chủ động có tên là tín hiệu ENABLE nếu nhƣ tại thời điểm có sƣờn lên của tín hiệu ENABLE, tín hiệu đầu vào U(t) có gic là "1". Để xóa tức thời trạng thái của T-word và T-bit ta sử dụng một tín hiệu reset Timer . Tại thời điểm sƣờn lên của tín hiệu này giá trị T-Word và T-bit đồng thời có giá trị bằng 0 tức là thanh ghi tức thời CV đƣợc đặt về 0 và tín hiệu đầu ra cũng có trạng thái Logic là "0". Trong thời gian tín hiệu Reset có giá trị logic là "1" Timer sẽ không làm việc. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 129  Khai báo sử dụng: Các tín hiệu điều khiển cho một bộ TIMER phải đƣợc khai báo bao gồm các bƣớc sau:  Khai báo tín hiệu ENABLE nếu muốn sử dụng tín hiệu chủ động kích.  Khai báo tín hiệu đầu vào U(t).  Khai báo thời gian trễ mong muốn TW.  Khai báo loại Timer đƣợc sử dụng (SP, SE, SD, SS, SF).  Khai báo tín hiệu xoá Timer nếu muốn sử dụng chế độ Reset chủ động.  Trong các bƣớc trên thì bƣớc 1 và 5 có thể bỏ qua .  Dạng dữ liệu vào/ra của TIMER là: S: BOOL; BI (DUAL): WORD; TW: S5TIME; BCD (DEZ): WORD; R: BOOL; Q: BOOL.  Các bộ thời gian TIMER:  Bộ TIMER SP:  Cách khai báo: Hình 2.28: Bộ thời gian TIMER SP  Nguyên lý làm việc: Tại thời điểm sƣờn lên của tín hiệu vào SET thời gian sẽ đựơc tính đồng thời giá trị Logic ở đầu ra là "1". Khi thời gian đặt kết thúc giá trị đầu ra cũng trở về 0. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 130 Hình 2.29: Giản đồ thời gian của bộ tạo trễ kiểu SP. Khi có tín hiệu RESET (R) thời gian tính lập tức trở về 0 và tín hiệu đầu ra cũng giá trị là "0".  Bộ TIMER SE:  Khai báo bộ TIMER SE: Hình 2.30: Khai báo bộ TIMER SE  Nguyên lý làm việc: Tại thời điểm sƣờn lên của tín hiệu vào SET cuối cùng bộ thời gian đƣợc thiết lập và thời gian sẽ đựơc tính đồng thời giá trị Logic ở đầu ra là "1". Khi thời gian đặt kết thúc giá trị tín hiệu đầu ra cũng trở về 0. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 131 Hình 2.31: Giản đồ thời gian của bộ TIMER SE. Khi có tín hiệu RESET (R) thời gian tính lập tức trở về 0 và tín hiệu đầu ra cũng giá trị là "0".  Bộ TIMER SD:  Khai báo bộ TIMER SD: Hình 2.32: Khai báo bộ TIMER SD  Nguyên lý làm việc: Tại thời điểm sƣờn lên của tín hiệu vào SET bộ thời gian đựơc thiết lập và thời gian sẽ đựơc tính. Kết thúc thời gian đặt tín hiệu đầu ra sẽ có giá trị là "1". Khi tín hiệu đầu vào kích S là "0" đầu ra cũng lập tức trở về "0" nghĩa là tín hiệu đầu ra sẽ không đƣợc duy trì hi tín hiệu kích có giá trị là "0". Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 132 Hình 2.33: Giản đồ thời gian của bộ TIMER SD. Khi có tín hiệu RESET (R) thời gian tính lập tức trở về 0 và tín hiệu đầu ra cũng giá trị là "0". * Bộ đếm COUNTER  Nguyên lý làm việc: Counter thực hiện chức năng đếm tại các sƣờn lên của các xung đầu vào. S7-300 có tối đa là 256 bộ đếm phụ thuộc vào từng loại CPU, ký hiệu bởi Cx. Trong đó x là số nguyên trong khoảng từ 0 đến 255. Trong S7-300 có 3 loại bộ đếm thƣờng sử dụng nhất đó là: Bộ đếm tiến lùi (CUD), bộ đếm tiến (CU)và bộ đếm lùi (CD). Một bộ đếm tổng quát có thể đƣợc mô tả nhƣ sau trong đó: 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 trƣớc 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 ra . Quá trình làm việc của bộ đếm đƣợc mô tả nhƣ sau: Số sƣờn xung đếm đƣợc, đƣợc ghi vào thanh ghi 2 Byte của bộ đếm, gọi là thanh ghi C-Word. Nội dung của thanh ghi C-Word đƣợc gọi là giá trị đếm tức thời của bộ Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 133 đếm và ký hiệu bằng CV và CV_BCD. Bộ đếm báo trạng thái của C-Word ra ngoài C- bit qua chân Q của nó. Nếu CV 0 , C-bit có giá trị "1". Ngƣợc lại khi CV = 0, C- bit nhận giá trị 0. CV luôn là giá trị không âm. Bộ đếmsẽ không đếm lùi khi CV = 0. Bộ đếm sẽ đƣợc xoá tức thời bằng tín hiệu xoá R (Reset). Khi bộ đếm đƣợc xóa cả C-Word và C- bit đều nhận giá trị 0.  Khai báo sử dụng: Việc khai báo sử dụng một COUNTER bao gồm các bƣớc sau:  Khai báo tín hiệu Enable nếu muốn sử dụng tín hiệu chủ động kích đếm (S) dạng dữ liệu BOOL  Khai báo tín hiệu đầu vào đếm tiến CU: dạng dữ liệu BOOL  Khai báo tín hiệu đầu vào đếm lùi CD: dạng dữ liệu BOOL  Khai báo giá trị đặt trƣớc PV: dạng dữ liệu WORD  Khai báo tín hiệu xóa dữ liệu: dạng dữ liệu BOOL  Khai báo tín hiệu ra CV nếu muốn lấy giá trị đếm tức thời ở hệ Hexa, dạng dữ liệu WORD  Khai báo tín hiệu ra CV – BCD nếu muốn lấy giá trị đếm tức thời nếu muốn ở hệ BCD dạng dữ liệu WORD.  Các loại bộ đếm COUTER:  Bộ đếm tiến CU Khi tín hiệu I0.2 chuyển từ 0 lên 1bộ đếm đƣợc đặt giá trị là 55. Giá trị đầu ra Q4.0 =1 . Bộ đếm sẽ thực hiên đếm tiến tại các sƣờn lên của tín hiệu tại chân CU khi tín hiệu I0.0 chuyển giá trị từ "0" lên "1". Bộ đếm sẽ đếm lùi tại các sƣờn lên của tín hiệu tại chân I0.1 khi tín hiệu chuyển từ "0" lên "1" Giá trị của bộ đếm sẽ trở về 0 khi có tín hiệu tai sƣờn lên của chân R  Bộ đếm lùi CD Khi tín hiệu I0.2 chuyển từ "0" lên "1" bộ đếm đƣợc đặt giá trị là 55. Giá trị đầu ra Q4.0 =1 . Bộ đếm sẽ thực hiên đếm lùi tại các sƣờn lên của tín hiệu tại chân CD khi tín hiệu I0.0 chuyển giá trị từ "0" lên"1". Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 134 Giá trị của bộ đếm sẽ trở về 0 khi có tín hiệu tai sƣờn lên của chân R. 1.3. Thiết Bị Điều Khiển Lập Trình PLC Simatic S7 – 200 1.3.1. Cấu hình phần cứng của PLC S7-200 S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng siemens, Trong đó có nhiều loại CPU nhƣ: CPU 212, CPU 214, CPU 221, CPU 222, CPU 226... Đối với đồ án này em đã sử dụng CPU 222 và CPU 224 với các đặc điểm nhƣ sau:  Kích cớ vật lý: 90 x 80 x 62 (mm)  Bộ nhớ chƣơng trình: 4096 Byte.  Bộ nhớ dữ liệu: 2048 Byte.  Đầu vào số: 8  Đầu ra số: 6  Đầu vào/ra Analog: Không.  Số lƣợng module mở rộng: 2  Cổng truyền thông: 1 cổng RS 485. Hình 2.34: Cấu trúc bên ngoài của một PLC 224 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 135 1.3.2. Các đèn báo  Run: Màu xanh đèn sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ làn việc và đang thực hiện chƣơng trình nạp cho máy.  Stop: Màu vàng đèn sáng báo hiệu CPU đang làm việc và đang thực hiện chƣơng trình hiện có.  SF: Màu đỏ đèn sáng báo hiệu CPU gặp sự cố  Ix.x: Đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng Ix.x. Đèn này báo trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.  Qy.y: Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qy.y. Đèn này báo trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.  Pin và nguồn nuôi bộ nhớ:  Ngõ vào 24V DC, 110V AC hoặc 220V AC; ngõ ra: Dạng rơle, transitor hay triac. Kí hiệu cực cho PLC: L+ = 24V, M = 0V.  Nguồn nuôi dùng để ghi chƣơng trình hoặc nạp một chƣơng trình mới  Nguồn pin dùng để mở rộng thời gian lƣu trữ dữ liệu trong bộ nhớ. 1.3.3. Cổng truyền thông S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối nhiều thiết bị lập trình hoặc với các trạn PLC khác. Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Đối với các thiết bị lập trình có cổng giao tiếp PPI thì có thể kết nối trực tiếp với PLC thông qua sơi cáp. Tuy nhiên đối với các máy tính cá nhân cần thiết phải có cáp chuyển đổi PC/PPI. Có 2 loại cáp chuyển đổi là cáp RS – 232/PPI Multi – Master và cáp USB/PPI Multi – Master. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 136 Hình 2.35: Hình dáng cáp RS – 232/PPI và các chuyển mạch trên cáp 1.3.4. Cấu trúc chương trình PLC S7-200  Chƣơng trình chính: Trong chƣơng trình chính ngƣời sử dụng viết các câu lệnh để điều khiển một ứng dụng nào đó. Câu lệnh trong chƣơng trình chính đƣợc thực hiện tuần tự và một lần trong mổi vòng quét. Khi chƣơng trình đến hàng cuối cùng sẽ tự động trở về câu đầu tiên. Chƣơng trình chính kết thúc bằng lệnh END.  Chƣơng trình con là một bộ phận của chƣơng trình chính, chƣơng trình con đƣợc thực hiện mổi khi đƣợc gọi từ chƣơng trình chính. Chƣơng trình con rất hửu ích trong trƣờng hợp có những chức năng nào đó đƣợc thực hiện lặp lại nhiều lần.  Ƣu điểm của chƣơng trình con: giảm kích thƣớc chƣơng trình, thời gian quét giảm, dễ sao chép sang chƣơng trình khác.  Chƣơng trình phục vụ ngắt: là một bộ phận của chƣơng trình chính, nó đƣợc gọi khi có sự kiện ngắt xuất hiện. Sự kiện ngắt đƣợc định nghĩa trƣớc trong chƣơng trình chính. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 137  Khi xảy ra sự kiện ngắt hệ thống sẽ tự động lƣu lại các giá trị trạng thái của stack. Thanh ghi và các vùng nhớ đặc biệt trƣớc khi đi vào chƣơng trình phục vụ ngắt và phục hồi các giá trị này khi quay về chƣơng trình chính  Nếu chƣơng trình phục vụ ngắt quá dài có thể gây ra những hoạt động không bình thƣờng cho các thiết bị, vậy nên phƣơng châm viết chƣơng trình phục vụ ngắt là càng ngắn càng tốt. 1.3.5. Phép toán trong S7-200  Phép toán AND Phép toán AND đƣợc sử dụng khi có yêu cầu điều khiển là trạng thái của hai hay nhiều tín hiệu đồng thời xảy ra thì sẽ thực hiện một nhiệm vụ điều khiển nào đó. Hình 2.36: Phép toán AND được biểu diễn ở 3 dạng ngôn ngữ  Phép toán OR Phép toán OR sẽ đƣợc sử dụng khi trạng thái của một trong hai bit (hoặc nhiều) tín hiệu thỏa mãn điều kiện của yêu cầu điều khiển thì sẽ đƣợc thực hiện một nhiệm vụ điều khiển nào đó. Hình 2.37: Phép toán OR  Phép toán XOR Phép toán XOR đƣợc sử dụng khi có hai tín hiệu mà nếu chúng có cùng trạng thái thì ngõ ra sẽ xuống mức 0 còn nếu hai tín hiệu này khác trạng thái thì ngõ ra sẽ lên mức 1. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 138 Hình 2.38: Phép toán XOR  TIMER: TON, TOF, TONR Các thông số chính: IN: BOOL PT: INT, là giá trị đặt cho TIMER (VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, AIW, T, C, AC, CONST, *VD, *LD, *AC). Txxx: là số hiệu TIMER. Trong S7 – 200 có tất cả là 256 TIMER, kí hiệu từ T0 – T255. Các số hiệu TIMER trong S7 – 200 nhƣ sau: TIMER Type Resolution Maximum Value TIMER Number TONR 1 ms 32.767 s T0, T64 10 ms 327.67 s T1 – T4, T65 – T68 100 ms 3276.7 s T5 – T31, T69 – T95 TON, TOF 1 ms 32.767 s T32, T96 10 ms 327.67 s T33 – T36, T97 – T100 100 ms 3276.7 s T37 – T63, T101 – T255 Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 139  TON: Hình 2.39: Phép toán TON ở ba dạng ngôn ngử Khi ngõ vào I0.0 = 1 T37 đƣợc kích, nếu sau 100×100ms = 10s mà I0.0 vẫn dữ trạng thái thì Bit T37 sẽ lên 1 (khi đó Q0.0 = 1). Nếu I0.0 =1 không đủ thời gian 10s thì Bit T37 sẽ không lên 1. Hình 2.40: Giản đồ thời gian của TON Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 140  TOF: Hình 2.41: Phép toán TOF ở 3 dạng ngôn ngữ Khi ngõ vào I0.0 = 1 thì bit T33 = 1 (ngõ ra Q0.0 = 1 ). Khi I0.0 = 0, thời gian T33 bắt đầu tính, đủ thời gian 1s = 100×10ms thì bit T33 = 0 (Q0.0 =0). Nếu I0.0 = 0 trong khoảng thời gian chƣa đủ 1s đã lên 1 lại thì bit T33 vẫn giữ nguyên trạng thái. Hình 2.42: Giản đồ thời gian của TOF Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 141  TONR: Hình 2.43: Phép toán TONR Ngõ vòa I0.0 có tác dụng kích thời gian cho TONR, khi I0.0 = 1 thời gian TONR đủ tính, khi I0.0 = 0 thời gian không bị Reset về 0. Khi đủ thời gian Bit sẽ lên 1. Thời gian TONR bị Reset khi có tín hiệu Reset Timer (tín hiệu từ I0.1) Hình 2.44: Giản đồ thời gian TONR  COUNTER: CTU, CTD, CTUD  CTU: Cxxx: là số hiệu COUTER (0 – 255) Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 142 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. Hình 2.45: Phép toán COUNTER viết ở 3 dạng ngôn ngữ Mỗi lần có một sƣờn cạnh lên ở chân CU, giá trị bộ đếm (1 WORD) đƣợc tăng lên 1. Khi giá trih hiện tại lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt PV, ngõ ra sẽ đƣợc bật lên ON. Khi chân Reset đƣợc kích (sƣờn lên) giá trị hiện tại bộ đếm và ngõ ra đƣợc trả về 0. Bộ đếm ngừng đếm kkhi giá trị bộ đếm đạt đến trị tối đa là 32767 (216 – 1 ). Hình 2.46: Giản đồ xung của CTU Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 143  CTD: Cxxx: là số hiệu COUTER (0 – 255) CD: Kích đếm xuống BOOL LD: Load BOOL PV: Giá trị đặt cho COUNTER INT PV: VW, IW, QW, MW, SMW, LW, AIW, AC, T, C, CONSTANT, *VD, *AC, *LD, SW. Hình 2.47: Phép toán CTD viết ở ba dạng ngôn ngữ Khi chân LD đƣợc kích (sƣờn lên) giá trị PV đƣợc nạp cho bộ đếm. Mỗi lần có một sƣờn cạnh lên ở chân CD, giá trị bộ đếm (1 WORD) đƣợc giảm xuống 1. Khi giá trị hiện tại của bộ đếm bằng 0, ngõ ra đƣợc bật lên ON và bộ đếm sẽ ngƣng đếm. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 144 Hình 2.48: Giản đồ thời gian của CTD  CTUD: Cxxx: là số hiệu COUTER (0 – 255) CU: Kích đếm lên 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. Hình 2.49: Phép toán CTUD Mỗi lần có một sƣờn cạnh lên ở chân CU, giá trị bộ đếm (1 Word) đƣợc tăng lên “1”. Mỗi lần có một sƣờn cạnh lên ở chân CD, giá trị bộ đếm đƣợc giảm xuống 1. Khi giá trị hiện tại lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt PV, ngõ ra sẽ đƣợc bật l ên ON. Khi chân R đƣợc kích (sƣờn lên) giá trị bộ đếm và ngõ Out đƣợc trả về 0. Giá trị cao nhất của bộ đếm là 32767 và thấp nhất là – 32767. Hình 2.50: Giản đồ thời gian của CTUD Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 145  Phép toán cộng trừ:  Cộng, trừ hai số nguyên 16 BIT :  ADD_I: Cộng hai số nguyên 16 BIT  SUB_I: Trừ hai số nguyên 16 BIT  EN: Ngõ vào cho phép IN1 + IN2 = OUT (IN1 – IN2 = OUT).  IN1, IN2: VW, IW, MW, QW, SW, SMWW, T, C, AC, LW, AIW, CONSTAN, *VD, *LD, *AC, INT  OUT: VW, IW, MW, QW, SW, SMWW, T, C, AC, *VD, *LD, *AC, INT  Khi ngõ vào cho phép lên 1 chƣơng trình sẽ thực hiện việc cộng hay trừ hai số nguyên 16 BIT ở IN1, IN2 tƣơng ứng, kết quả đƣa vào OUT.  Tƣơng tự, ta có  ADD_DI: Cộng hai số nguyên 32 BIT  SUB_DI: Trừ hai số nguyên 32 BIT  ADD_R: Cộng hai số thực  SUB_R: Trừ hai số thực  Nhân ,chia hai số nguyên 16 BIT:  MUL_I: Nhân hai số nguyên 16 BIT  DIV_I: Chia hai số nguyên 16 BIT  EN: Ngõ vào cho phép IN1 * IN2 = OUT (IN1 / IN2 = OUT, nếu kết quả có dƣ thì phần dƣ sẽ đƣợc bỏ).  IN1, IN2: VW, IW, MW, QW, SW, SMWW, T, C, AC, LW, AIW, CONSTAN, *VD, *LD, *AC, INT  OUT: VW, IW, MW, QW, SW, SMWW, T, C, AC, *VD, *LD, *AC, INT  Khi ngõ vào cho phép lên 1 chƣơng trình sẽ thực hiện việc nhân hay chia hai số nguyên 16 BIT ở IN1, IN2 tƣơng ứng, kết quả đƣa vào OUT.  Trƣờng hợp chia: Vì OUT là số nguyên nên phần dƣ của phép chia sẽ bị bỏ.  Trƣờng hợp nhân: Nếu phép nhân bị tràn bộ nhớ thì OUT sẽ chứa phần BYTE thấp. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 146  Tƣơng tự, ta có  MUL_DI: Nhân hai số nguyên 32 BIT  DIV_DI: Chia hai số nguyên 32 BIT  MUL_R: Nhân hai số thực  DIV_R: Chia hai số thực  Phép tăng giảm:  Tăng, giảm BYTE:  INC_B: Tăng BYTE  DEC_B: Giảm BYTE  EN: Ngõ vào cho phép IN1 + 1 = OUT (IN1 – 1 = OUT).  IN1: VB, IB, MB, QB, SB, SMB, T, C, AC, LB, CONSTAN, *VD, *LD, *AC, BYTE  OUT: VB, IB, MB, QB, SB, SMB, *VD, *LD, *AC, AC,  Các hàm tƣơng tự:  INC_W: Tăng WORD  DEC_W: Giảm WORD  INC_DW: Tăng DWORD  DEC_DW: Giảm DWORD  Phép toán so sánh:  So sánh bằng: Khi IN1 = IN2 thì ngõ ra tích cực  IN1, IN2: VB, IB, MB, QB, SB, SMB, T, C, AC, LB, CONSTAN, *VD, *LD, *AC, BYTE  OUT: V, I, M, Q, S, SM, T, C, L, BOOL Tƣơng tự, ta có các hàm so sánh nhƣ sau:  So sánh khác:  So sánh lớn hơn hoặc bằng: >=  So sánh nhỏ hơn hoặc bằng: <=  So sánh lớn hơn: >  So sánh nhỏ hơn: < Cũng tƣơng tự hàm so sánh cho BYTE, ta có các phép so sánh cho số INT, DINT, REAL. Khi thực hiện các hàm so sánh thì IN1, IN2 phải đƣợc chọn đúng kiểu dữ liệu. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 147 1.4. Module truyền thông PROFIBUS EM 277 và module mở rộng vào/ra số EM 223 1.4.1. Module truyền thông PROFIBUS EM 277  Đặc tính kỹ thuật EM 277 PROFIBUS – DP là module mở rộng thông minh, kết nối với PLC S7 200 CPU22x để truyền thông nối mạng trong mạng PROFIBUS.  Nguồn cấp: 24 VDC.  Cổng truyền thông: 1 cổng RS 485, tự động điều chỉnh tốc độ Baud (9.6 – 12Mbaud)  Tốc độ truyền PROFIBUS – DP/MPI: 9.6, 19.2, 45.45, và 500 Kbaud; 1, 1.5, 3, 6 và 12Mbaud.  Chuẩn truyền thông: PROFIBUS-DP slave và MPI slave.  Địa chỉ trạm: 0-99.  Có thể kết nối tối đa 6 MPI  Cấu hình địa chỉ cho EM 277  EM 277 có 2 Switch gạt để đặt địa chỉ, có thể đặt địa chỉ từ 00 – 99.  Switch “x10” = Đặt con số hàng chục  Switch “x1” = Đặt con số hàng đơn vị  Kết nối PLC S7 – 200 vào mạng PROFIBUS – DP thông qua EM 277 EM 277 sẽ đƣợc cấu hình bởi DP - Master để có thể nhận dữ liệu từ DP – Master hay gửi dữ liệu lên DP – Master. EM 277 đƣợc thiết lập địa chỉ bằng các Switch nằm trên module. Dữ liệu DP – Master gửi xuống DP – Slave gọi là Output Data, dữ liệu DP – Master nhận về gọi là Input Data. Input và Output Data buffer nằm trong vùng nhớ V của PLC S7 200. Địa chỉ bắt đầu hay độ dài của Data sẽ đƣợc cấu hình bởi DP - Master. DP – Master còn xác định cách thực Data truyền đi: Theo Byte, Word… Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 148 1.4.2. Module mở rộng vào/ra số EM 223 Module EM 223 DC/DC có 4 đầu vào và 4 đầu ra số, đƣợc dùng để mở rộng số lƣợng đầu vào/ra khi trên số lƣợng đầu vào/ra trên CPU không đủ.  Đầu vào số: 4  Đầu ra số: 4  Nguồn cấp: 24VDC  Đầu ra: 24VDC Transitor. 1.5. Một số thiết bị điều khiển khác trong dây chuyền 1.5.1. Cảm biến  Cảm biến quang điện là một loại khác của thiết bị cảm biến vị trí. Cảm biến quang điện dùng sự ngăn chặn hay sự phản xạ của chùm tia sáng đã đƣợc điều chế khi gặp vật thể để xác định vật thể. Bộ điều khiển gồm một bộ phát xạ (nguồn sáng ) một bộ thu để xác định ánh sáng phát ra, với sự hỗ trợ của mạch điện tử đánh giá và khuyếch đại tín hiệu bắt đƣợc để thay đổi ngõ ra của cảm biến. Chúng ta khá gần gũi với những ứng dụng của cảm biến quang điện ví dụ nhƣ đƣợc đặt trƣớc cữa để cảnh báo có ngƣời vào, phát hiện sản phẩm Sơ đồ nguyên lý của cảm biến quang  Cảm biến tiệm cận bao gồm tất cả các loại cảm biến phát hiện vật thể không cần tiếp xúc nhƣ công tắc hành trình mà dựa trên những mối quan hệ vật lý giữa cảm biến và vật thể cần phát hiện. Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện. Có 3 hệ thống phát hiện để thực hiện công việc chuyển đổi này: hệ thống sử dụng dòng điện xoáy đƣợc phát ra trong vật thể kim loại nhờ hiện tƣợng cảm ứng điện từ, hệ thống sử dụng sự thay đổi điện dung khi đến gần vật thể cần phát hiện, hệ thống sử dụng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 149  Ta có một số hình vẽ về các loại cảm biến sử dụng trong trạm FMS: 1.5.2. Động cơ DC SERVO Động cơ DC và động cơ bƣớc vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để động cơ quay nhƣng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơ bƣớc là động cơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhận đƣợc. Việc thiết lập một hệ thống điều khiển để xác định những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơ hoặc làm động cơ không quay cũng không dễ dàng. Mặt khác, động cơ servo đƣợc thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ đƣợc nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ đƣợc hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chƣa đạt đƣợc vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt đƣợc điểm chính xác. Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thƣớc, đƣợc sử dụng trong nhiếu máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay và xe hơi. Ứng dụng mới nhất của động cơ servo là trong các robot, cùng loại với các động cơ dùng trong mô hình máy bay và xe hơi. 1.5.3. Van điện từ STNC DC 24 Nguyên lý hoạt động: có một cuộn dây điện, trong đó có một lò xo và một lỏi sắt, lỏi sắt đó lại tỳ vào một đầu gioăng cao su. Bình thƣờng không có điện thì lò xo ép vào lỏi sắt để đóng van. Khi ta đƣa dòng điện vào, cuộn dây sinh ra từ trƣờng hút lổi sắt, từ trƣờng này đủ mạnh thắng đƣợc lò xo khi đó van mở ra cho dòng khí lƣu thông. 1.5.4. Hệ thống khí nén (FRL) Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 150  Bộ nguồn khí nén: Bộ phận không thế thiếu đƣợc trong hệ thống điều khiển khi nén đƣợc ký hiệu là FRL ( Filter Regulatorpression Lubricatoroil). Nó có chức năng chính là lọc sạch khí nén và điều chỉnh áp suất của nguôn khí khi đƣa vào hệ thống điều khiển khí nén. Máy nén khí  Cấu tạo bộ FRL: có 3 bộ phận chính  F: Filter có chức năng để lọc bụi và tác nƣớc  R: Regulatorpression bộ điều chỉnh áp suất  L: Lubricatoroil bộ bôi trơn để tạo khí trơn (có lẫn dầu)  Sơ đồ bộ FRL: Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 151 PHỤ LỤC 2: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CÁC TRẠM QUA MẠNG TRUYỀN THÔNG PROFIBUS 2.1. Tổng quan về mạng truyền thông và cấp hiện trường Hình 3.0: hệ thống mạng truyền thông công nghiệp Đây là cấp nằm tại hiện trƣờng và tất nhiên cấp này nằm sát với dây chuyền sản xuất nhất. Các thiết bị chính trong cấp này là sensor và cơ cấu chấp hành, chúng có thể đƣợc nối mạng trực tiếp hoặc thông qua đƣờng Bus để nối với cấp trên (cấp điều khiển). Hệ thống Bus dùng để kết nối các thiết bị ở cấp hiện trƣờng với cấp điều khiển gọi là Bus trƣờng (fieldbus), trong thực tế hệ thống Bus này đòi hỏi cần có đáp ứng thời gian thực trong các cuộc trao đổi thông tin, một đặc trƣng của các cuộc trao đổi tin trong cấp trƣờng là các bản tin thƣờng có chiều dài không lớn. Điển hình của Bus trƣờng là: Profibus-DP, Profibus-PA, Can, Foundation Fielbus, DeviceNet. 2.2. Cấp điều khiển Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 152 Cấp này bao gồm các trạm điều khiển hiện trƣờng (FCS), các bộ điều khiển logic lập trình (PLC), các thiết bị quan sát ... Chức năng thu thập các tín hiệu từ hiện trƣờng, thực hiện điều khiển cơ sở, điều khiển logic, tổng hợp dữ liệu … Các thiết bị ở cấp này đƣợc kết nối với nhau và kết nối với các thiết bị ở cấp trên (cấp điều khiển giám sát) thông qua Bus hệ thống, thực tế các bản tin trao đổi trên Bus hệ thống cũng đòi hỏi tín năng thời gian thực cao, mặt khác đặc thù của các bản tin là chiều dài lớn hơn nhiều so với các bản tin trao đổi trên Bus trƣờng. Điển hình của Bus hệ thống là: Profibus-FMS, ControlNet, Industrial Ethernet. 2.3. Cấp điều khiển giám sát Các thiết bị trong cấp này bao gồm các trạm giao tiếp ngƣời máy HIS, các trạm thiết kế kỹ thuật EWS, và các thiết bị phụ trợ khác. Chức năng của cấp này là thực hiện điều khiển quá trình (Process Control), thực hiện các thuật toán điều khiển tối ƣu... 2.4. Cấp quản lí kỹ thuật và cấp quản lí kinh tế Thực chất các cấp này rất quan trọng đối với các hoạt động của công ty, tuy nhiên yêu cầu về tốc độ trao đổi thông tin cũng nhƣ đòi hỏi về thời gian thực là không cao, chức năng của các cấp này là quản lí tình trạng hoạt động của các thiết bị trong toàn hệ thống cũng nhƣ hoạch định chiến lƣợc phát triển sản xuất dựa trên tình trạng của thiết bị. Một số giao thức dùng trong các hệ thống mạng này là Fast Ethernet, TCP/IP. 2.5. Giới thiệu mạng PROFIBUS ProfiBus là một hệ thống Bus trƣờng chuẩn mở rộng dùng để nối các thiết bị trƣờng với các thiết bị điều khiển và giám sát. ProfiBus là một thiết bị nhiều chủ, nó cho phép các thiết bị điều khiển tự động, các trạm kỹ thuật và hiển thị quá trình cũng nhƣ các phụ kiện phân tán cùng làm việc trên một đƣờng truyền chung là Bus. ProfiBus thực hiện chức năng ứng dụng hoạt động theo chu kỳ, có độ tin cậy cao và có khả năng đáp ứng cao về tính năng thời gian thực. Mạng PROFIBUS đƣợc cung cấp theo ba chủng loại tƣơng thích nhau.  PROFIBUS – DP (Distributed Peripheral) phục vụ cho việc trao đổi thông tin nhỏ nhƣng đòi hỏi tốc độ truyền nhanh. PROFIBUS – DP đƣợc xây dựng tối ƣu cho việc kết nối các thiết bị trƣờng với máy tính điều khiển. PROFIBUS – DP phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu cao về tính năng thời gian trong trao đổi dữ liệu, giữa cấp điều khiển cũng nhƣ các bộ PLC hoặc các máy tính công nghiệp với các ngoại vi phân tán ở cấp trƣờng nhƣ các thiết bị đo, truyền động và van. Việc trao đổi chủ yếu đƣợc thực hiện tuần hoàn theo cơ chế Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 153 Master/Slave. Với số trạm tối đa trong một mạng là 126, PROFIBUS – DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ (Mono Master) hoặc nhiều trạm chủ (Multi Master). Một đặc trƣng nữa của PROFIBUS – DP là tốc độ truyền cao, có thể lên tới 12 Mbit/s.  PROFIBUS – FMS (Fieldbus Message Specification) trao đổi lƣợng thông tin trung bình giữa các thành viên bình đẳng với nhau trong mạng. PROFIBUS – FMS đƣợc dùng chủ yếu cho việc nối mạng các máy tính điều khiển và giám sát. Mạng này chỉ thực hiện ở các lớp 1, 2, 7 theo mô hình quy chiếu OSI. Do đặc điểm của các ứng dụng trên cấp điều khiển và điều khiển giám sát, dữ liệu chủ yếu đƣợc trao đổi với tính chất không định kỳ.  PROFIBUS – PA (Process Automation) đƣợc thiết kế riêng cho những khu vực nguy hiểm. PROFIBUS – PA là sự mở rộng của PROFIBUS – DP về phƣơng pháp truyền dẫn an toàn trong môi trƣờng dễ cháy nổ theo chuẩn IEC 61158-2. PROFIBUS – PA là loại bus trƣờng thích hợp cho các hệ thống điều khiển phân tán trong các ngành công nghiệp hoá chất và hoá dầu. Thiết bị chuyển đổi (DP/PA-Link) đƣợc sử dụng để tích hợp đƣờng mạng PA với mạng PROFIBUS DP. Điều này đảm bảo cho toàn bộ thông tin có thể đƣợc truyền liên tục trên hệ thống mạng PROFIBUS bao gồm cả DP và PA ProfiBus là một chuẩn truyền thông trong công nghiệp đƣợc sử dụng rất rộng rãi, có hai loại thiết bị thƣờng gặp trong mạng truyền thông ProfiBus đƣợc phân biệt là thiết bị chủ (Master) và thiết bị tớ (Slave).  Thiết bị chủ (Master) có khả năng kiểm soát truyền thông trên Bus, một trạm chủ có thể gửi thông tin khi nó giữ quyền truy nhập Bus. Trạm chủ còn đƣợc gọi là trạm tích cực.  Thiết bị tớ (Slave) là các thiết bị trƣờng vào ra phân tán, cảm biến và cơ cấu chấp hành. Chúng không đƣợc quyền truy nhập Bus mà chỉ đƣợc phép xác nhận hoặc trả lời thông tin nhận đƣợc từ trạm chủ khi đƣợc yêu cầu. Một trạm tớ còn đƣợc gọi là trạm thụ động. Một trạm tớ thực hiện ít dịch vụ hơn, tức là xử lý giao thức đơn giản hơn so với trạm chủ. 2.6. Cấu hình hệ thống và dạng thiết bị PROFIBUS-DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ (Monomaster) hoặc nhiều trạm chủ (Multimaster) với số trạm tối đa trong một đoạn mạng là 126 trạm. Trong cấu hình nhiều chủ, tất cả các trạm chủ đều có thể đọc dữ liệu đầu vào/ra của các trạm tớ nhƣng chỉ duy nhất một trạm chủ đƣợc quyền ghi dữ liệu đầu ra. Các quy Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 154 định cho cấu hình hệ thống bao gồm số lƣợng trạm, gán địa chỉ cho các I/O phân tán, đồng nhất dữ liệu I/O, dạng thông báo chuẩn đoán và thông số Bus sử dụng. Tùy theo phạm vi chức năng, kiểu dịch vụ thực hiện ngƣời ta phân biệt các dạng dịch vụ sau:  DP-Master cấp 1 (DPM1), đây là một bộ điều khiển trung tâm trao đổi thông tin với các trạm phân tán (DP-Slave) theo một chu kỳ thông báo xác định. Các thiết bị điển hình dạng này là các bộ PLC, máy CNC hoặc điều khiển Robot.  DP-Master cấp 2 (DPM2), các thiết bị thuộc dạng này là các thiết bị lập trình, thiết bị cấu hình hoặc thiết bị chuẩn đoán. Các thiết bị này đƣợc sử dụng trong quá trình khởi động để tạo ra cấu hình cho hệ thống DP.  DP-Slave, một DP-Slave là một thiết bị I/O (Sensor-Actuator) đọc vào các thông tin từ Input hoặc đƣa ra thông tin ngõ ra tới quá trình xử lý. Lƣợng thông tin ngõ vào hoặc ngõ ra phụ thuộc vào thiết bị.  Hệ thống Mono-Master, cấu hình hệ thống này chỉ có duy nhất một Master và là hệ thống có thời gian chu kỳ ngắn nhất..  Hệ thống Multi-Master, hệ thống này có nhiều Master, chẳng hạn nhƣ các thiết bị cấu hình, các thiết bị chuẩn đoán hoặc một số hệ thống con (subsystem) phụ thuộc lẫn nhau trên một Bus. Việc đặt cấu hình hệ thống đƣợc thực hiện bằng phần mềm, thông thƣờng một công cụ cấu hình cho phép ngƣời sử dụng bổ sung và tham số hóa nhiều loại thiết bị của cùng một nhà sản xuất một cách tƣơng đối đơn giản bởi các thông tin tính năng cần thiết của các thiết bị này đã đƣợc đƣa vào cơ sở dữ liệu của công cụ cấu hình. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 155 PHỤ LỤC 3: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM GIÁM SÁT WINCC V7.0 3.1. Tổng quan về phần mềm giám sát WinCC WinCC (Windows Control Center) là phần mềm tích hợp giao diện ngƣời máy IHMI (Integrated Human Machine Interface) đầu tiên cho phép kết hợp phần mềm điều khiển với quá trình tự động hoá. Những thành phần dễ sử dụng của WinCC giúp tích hợp những ứng dụng mới hoặc có sẵn mà không gặp bất kì trở ngại nào. Đặc biệt, với WinCC, ngƣời sử dụng có thể tạo ra một giao diện điều khiển giúp quan sát mọi hoạt động của quá trình tự động hoá một cách dễ dàng. Phần mềm này có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều loại PLC của các hãng khác nhau nhƣ Siemens, Mitsubishi, Allen Bradley, v.v..., nhƣng nó đặc biệt truyền thông rất tốt với PLC của hãng Siemens. WinCC còn có đặc điểm là đặc tính mở. Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm của ngƣời sử dụng, tạo nên giao diện ngƣời-máy đáp ứng nhu cầu thực tế một cách chính xác. Những nhà cung cấp hệ thống có thể phát triển ứng dụng của họ thông qua giao diện mở của WinCC nhƣ một nền tảng để mở rộng hệ thống. 3.2. Chức năng của trung tâm điều khiển (CONTROL CENTER) 3.2.1. Chức năng Control Center chứa tất cả chức năng quản lý cho toàn hệ thống. Trong Control Center, có thể đặt cấu hình và khởi động Run-time. a. Nhiệm vụ quản lý dữ liệu Quản lý dữ liệu cung cấp ảnh quá trình với các giá trị của tag. Tất cả các hoạt động của quản lý dữ liệu đều chạy trên một background (nên). b. Nhiệm vụ của Control Center Các nhiệm vụ chính của Control Center:  Lập cấu hình hoàn chỉnh  Hƣớng dẫn giới thiệu việc lập cấu hình  Thích ứng việc ấn định, gọi và lƣu trữ các dự án (Projects)  Quản lý các dự án (Projects)  Có khả năng nối mạng và soạn thảo cho nhiều ngƣời sử dụng trong một Projects Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 156  Quản lý phiên bản  Diễn tả bẳng đồ thị của dữ liệu cấu hình  Điều khiển và đặt cấu hình cho các hình vẽ/cấu trúc hệ thống  Thiết lập việc cài đặt toàn cục  Đặt cấu hình cho các chức năng định vị đặc biệt  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 giữa Run-time và cấu hình  Kiểm tra chế độ mô phỏng, trợ giúp thao tác để đặt cấu hình dữ liệu bao gồm: Dịch hình vẽ, mô phỏng tag, hiển thị trạng thái và thiết lập thông báo 3.2.2. Cấu trúc Control Center có các cấu trúc nhƣ sau: a. Control Center  Tìm hiểu WinCC trong Control Center: Giao diện đồ họa cho cấu hình dƣới môi trƣờng Windows  Quản lý dữ liệu: Cung cấp ảnh quá trình với các dữ liệu của biến (tag). Truyền dữ liệu và quản lý dữ liệu đã nhận các hệ thống tự động. b. Các module chức năng  Phân hệ đồ họa (Graphic Designer): Hiển thị và kết nối các quá trình bằng đồ thị  Viết chƣơng trình cho các thao tác (Global Scrips): Tạo một dự án động cho các yêu cầu đặc biệt.  Hệ thống thông báo (Alarm Logging): Xuất các thông báo và hồi đáp  Lƣu trữ và soạn thảo các giá trị đo lƣờng (Tag logging): Soạn thảo các giá trị đo và lƣu trữ chúng trong thời gian dài Soạn thảo dữ liệu liên quan đến ngƣời sử dụng và lƣu giữ chúng trong thời gian dài  Phân hệ báo cáo (Report Designer): Báo cáo trạng thái hệ thống c. Phản hồi tài liệu Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 157 Đối với trung tâm điều khiển (Control Center), việc in ra một hệ thống định sẵn có trong báo cáo thiết kế (Report Designer) để hiện thị nội dung tài liều. Tất cả các máy tính, các biến (tags) và các kết nối đã đƣợc định hình đều đƣợc in ra bằng “Print Job” hay hiển thị trên màn hình Các kiểu dữ liệu dự án đƣợc xuất ra bằng cách phản hồi tài liệu  Máy tính: Tên và kiểu máy tính (Server hay Client)  Tag management: Tên biến (tag), kiểu dữ liệu, kết nối, kênh  Kết nối: Kết nối với đơn vị và tham số 3.2.3. Soạn thảo (Editor) Editor dùng soạn thảo và điều khiển một dự án (Projects) hoàn chỉnh. Các bộ soạn thảo trong trung tâm điều khiển (Control Center) bao gồm  Alarm Logging (báo động): nhận các thông báo từ các quá trình để chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp và lƣu trữ các thông báo này  User Adminnistrator (quản lý ngƣời dung): Cho phép các nhóm và ngƣời sử dụng điều khiển truy nhập  Tex Library (thƣ viện văn bản): chứa các văn bản tùy thuộc ngôn ngữ do ngƣời dung tạo ra  Report Designer (báo cáo): Cung cấp hệ thống báo cáo đƣợc tích hợp có thể sử dụng để báo cáo dữ liệu, các giá trị, thông báo hiện hành và đã lƣu trữ, hệ thống tài liệu của chính ngƣời sử dụng  Global Scripts (viết chƣơng trình): Cho phép tạo các dự án động tùy thuộc vào từng yêu cầu của đặc biệt. Bộ soạn thảo này cho phép tạo các hàm và tạo các thao tác có thể đƣợc sử dụng trong một hay nhiều dự án tùy theo kiểu của chúng  Tag Logging (hiện thị giá trị xử lý): Xữ lý các giá trị đo lƣờng và lƣu trữ chúng trong thời gian dài  Graphics Designer (thiết kế đồ họa): Cung cấp các màn hình hiển thị và kết nối đến các quá trình Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 158 3.2.4. Các thành phần của dự án (Project) trong Control Center Một dự án bao gồm các thành phần sau: Máy tính, quản lý biến, kiểu dữ liệu và soạn thảo a. Máy tính Thành phần máy tính dung quản lý tất cả máy tính có thể truy cập một dự án hiện có. Có thể đặt cấu hình cho mỗi máy tính riêng biệt. Các thuộc tính của một máy tính : Bao gồm tên máy tính và kiểu máy tính.  Sever: Máy tính trung tâm để lƣu trữ dữ liệu và quản lý toàn cục trong hệ thống WinCC.  Client: Cũng đƣợc định nghĩa nhƣ một trạm làm việc (Work Station). Trung tâm điều khiển (Control Center) đƣợc tải cục bộ trong từng máy tính loại này. Thành phần này có nhiều mục con nhƣ : Các bộ điều khiển truyền thống để quản lý các biến (tags) quá trình, các tag nội, các kết nối logic và các nhóm biến.  Các bộ điều khiển truyền thông: Bộ điều khiển truyền thông là giao diện kết nối giữa một hệ thống PLC và WinCC. Hệ thống WinCC chứa các bộ điều khiển truyền thông (lien kết động) trong kênh DLL với các thông tin về:  Điều kiện tiên quyết cần để xử lý các tag qua trình băng PLC.  Các thủ tục chung để kết nối với tag ngoài.  Giới thiệu cấu hình đặc biệt của kênh DLL: WinCC hỗ trợ nhiều hang với chuẩn khác nhau nhƣ: Modbus Protocol Suite.chn, Mitsubishi FX.CHN, Profibus DP.CHN, Modbus serial.CHN, SIMATIC S7 Protocol Suite.CHN, SIMATIC S5 ETHERNET TF.CHN….  Khối kênh: Một kênh trong WinCC đƣợc thực hiện nhƣ một Windows DLL và đƣợc liên kết động với hệ thống. Một kệnh WinCC thực hiện việc truy nhập các kiểu tham số kết nối đặc biệt với các nghi thức đặc biệt (chẳng hạn kênh SIMATIC S5 ETHERNET TF.CHN hỗ trợ việc truy nhập SIMATIC S5 Protocol Suite.CHN). Một kênh DLL có thể hỗ trợ nhiều khối kênh của cùng một kiểu. Quản lý dữ liệu của WinCC đòi hỏi các giá trị quá trình lúc Run- time từ PLC ở xa thông qua kết nối Logic, khối kênh sẽ thực hiện các bƣớc truyền thông cần thiết để đáp ứng yêu cầu về các giá trị quá trình bằng kết nối kênh đặc biệt, do đó cung cấp các giá trị quy định cho quản lý dữ liệu WinCC. Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 159 Dữ liệu đọc vào đƣợc lƣu trữ nhƣ ảnh quá trình trong Ram của máy tính. Tất cả các thành phần của WinCC đều truy nhập ảnh quá trình này. Các kết nối Logic, các nhóm tags và các tag cũng có thể đƣợc ấn định vào một khối kênh.  Kết nối: một kết nối logic mô tả giao diện giữa hệ thống tự động và quản lý dữ liệu trong WinCC. Quản lý dữ liệu của máy tính Server đảm trách việc cung cấp các tags với các giá trị quá trình khi Run-time. Quản lý dữ liệu cung cấp các giá trị quá trình đến các tags nội bộ của nó cũng nhƣ các tags của máy Client tƣơng ứng. Quản lý dữ liệu chuyển các tags đƣợc truy cập đến kết nối logic của chúng vì thế đến đƣợc kênh thích hợp. Các kênh sẽ thực hiện các bƣớc truyền thông cần thiết bằng tuyến quá trình theo các tối ƣu nhất. Bằng cách này, việc giảm thiểu chuyển dữ liệu là cần thiết trên tuyến quá trình để gán giá trị cho các tags. b. Biến (tag) Tags WinCC là phần tử trung tâm để truy nhập các giá trị quá trình . Trong một dự án, chúng nhận một tên và kiểu dữ liệu duy nhất. Kết nối logic sẽ đƣợc gán với biến WinCC. Kết nối này sẽ xác định rằng kênh nào sẽ chuyển giao giá trị quá trình cho các biến. Các biến đƣợc lƣu trữ trong cơ sở dữ liệu toàn dự án. Khi một chế độ của WinCC khởi động, tất cả các biến trong một dự án đƣợc nạp và các cấu trúc Run-time tƣơng ứng đƣợc thiết lập. Mỗi biến đƣợc lƣu trữ trong quản lý dữ liệu theo một kiểu dữ liệu chuẩn.  Biến nội: Các biến nội không có đỉa chỉ trong PLC, do đó quản lý dữ liệu bên trong WinCC sẽ cung cấp cho toàn bộ hệ thống mạng (NETWORK). Các biến nội đƣợc dùng lƣu trữ thông tin tổng quá nhƣ: Ngày, giờ hiện hành, lớp hiện hành, cập nhật liên tục. Hơn nữa, các biến nội cho phép trao đổi dữ liệu giữa các ứng dụng để thực hiện việc truyền thông cho cùng quá trình theo cách tập trung và tối ƣu.  Biến quá trình: Trong hệ thống WinCC, biến ngoại cũng đƣợc hiểu là biến quá trình. Các biến quá trình đƣợc liên kết với truyền thông logic để phản ánh thông tin về địa chỉ của các hệ thống PLC khác nhau. Các biến ngoại chứa một mục tổng quá gồm các thông tin về tên, kiểu, các giá trị giới hạn và một mục chuyên biệt về kết nối mà cách diễn tả phụ thuộc vào kết nối logic. Quản lý dữ liệu luôn cung cấp những mục đặc biệt của quá trình cho các ứng dụng của một mẫu văn bản.  Nhóm biến: Nhóm biến chứa tất cả các biến có kết nối logic lẫn nhau.  CPU: nhóm này chứa tất cả các biến truy nhâp cùng một CPU . Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3 Đồ án tốt nghiệp 160  Lò nhiệt: nhóm này chứa tất cả các biến truy nhập cùng một lò.  I/O số: nhóm này chứa tất cả các biến truy nhập các đầu vào/ra số tƣơng tự  Một kết nối logic diễn tả giao diện giữa hệ thống tự động và quản lý dữ liệu. Mỗi nhóm biến đƣợc gán với một khối kênh. Một kênh có thể chứa nhiều nhóm biến