Đồ án Hệ thống chiết rót - Tìm hiểu PLC S7 - 1200

TRANG BÌA 1 TRANG BÌA 2 MỤC LỤC TRANG BÌA 1 ..................................................................................................................... 1 TRANG BÌA 2 ..................................................................................................................... 2 MỤC LỤC ........................................................................................................................... 3 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 5 PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 6 A. Đặt vấn đề .............................................................................................................. 6 B. Mục tiêu đề tài........................................................................................................ 6 C. Giới hạn đề tài ........................................................................................................ 6 PHẦN NỘI DUNG .............................................................................................................. 7 Chƣơng 1 ............................................................................................................................. 7 1.1. Tổng quan về đề tài ................................................................................................ 7 1.2. Phƣơng pháp thực hiện .......................................................................................... 7 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 8 2.1. Quy trình hoạt động của hệ thống ............................................................................ 8 2.2. Lý thuyết PLC .......................................................................................................... 8 A. PLC S7-200 ...................................................................................................... 10 B. PLC S7-1200. ........................................................................................................ 15 2.3. TIA -WinCC .......................................................................................................... 17 2.4. Giao thức truyền thông TCP/IP. ............................................................................. 28 2.5. Ethernet. .................................................................................................................. 29 CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ........................................................ 32 3.1. Thiết kế cơ khí hệ thống ......................................................................................... 32 3.1.1. Yêu cầu cơ khí hệ thống .................................................................................. 32 3.1.2. Thiết kế cơ khí ................................................................................................. 32 3.2. Thiết kế điện cho hệ thống ..................................................................................... 32 3.2.1. Yêu cầu hệ thống điện ..................................................................................... 32 3.2.2. Sơ đồ khối hệ thống ......................................................................................... 32 3.2.3. Phân tích các khối điện hệ thống ..................................................................... 33 3.2.4. Thiết bị điện từng khối .................................................................................... 34 3.2.5. Sơ đồ đấu nối ................................................................................................... 34 3.3. Thiết kế phần mềm ................................................................................................. 35 3.3.1. Yêu cầu lập trình hệ thống ............................................................................... 35 3.3.1. Lƣu đồ giải thuật.............................................................................................. 35 3.3.2. Sơ đồ đấu dây .................................................................................................. 36 CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT ....................................................................... 37 4.1. Địa chỉ biến và đấu nối ........................................................................................... 37 4.2. Chƣơng trình chính ................................................................................................. 38 4.3. Nhận xét .................................................................................................................. 43 PHẦN KẾT LUẬN ........................................................................................................... 44 A. KẾT LUẬN .......................................................................................................... 44 B. HƢỚNG PHÁT TRIỂN ....................................................................................... 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN MỞ ĐẦU A. Đặt vấn đề Hiện nay vai trò của công nghệ Tự Động Hóa trong nền kinh tế quốc dân và sự nghiệp phát triển của xã hội là cực kỳ to lớn. Tự động hóa mang lại nhiều tiện ích trong muôn màu muôn vẻ của cuộc sống văn minh hiện đại. Chính vì thế Đảng và Nhà nƣớc ta đã xác định tự động hóa là một trong bốn hƣớng công nghệ cao cần ƣu tiên phát triển. Góp phần vào công cuộc phát triển đó là các dòng, các bộ điều khiển trở nên nhỏ gọn và tiện ích. Trong đó không thể không thể không kể đến các dòng PLC của tập đoàn Siemens đặt biệt là PLC S7-1200 với khả năng giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu hệ thống( SCADA ) mạnh mẽ. Đã góp phần thúc đẩy sự phát triển của các nhà máy, xí nghiệp... đặc biệt là trong đó là nhà máy sản xuất bia một trong các nhà máy góp phần lớn vào nền kinh tế nƣớc nhà. Trong nhà máy bia có rất nhiều công đoạn cần xự chính xác cao cần đến bộ xữ lý cao vì thế hiện nay các nhà máy bia sử dụng PLC Siemens chuyên dụng. S7-1200 cũng đƣợc sử dụng vào một trong các công đoạn chiết rót. B. Mục tiêu đề tài + Nắm đƣợc khả năng lập trình PLC. + Lập trình đọc đƣợc giá trị từ cảm biến nhiệt độ và cảm biến khoảng cách về PLC + Lập trình điều khiển hệ thống chiết rót chai + Thiết kế đƣợc hệ SCADA giám sát trên PLC S7-1200 C. Giới hạn đề tài Đề tài tập trung vào việc tìm hiểu PLC S7-1200 thông qua việc đọc các tài liệu manual và lập trình mô phỏng PLC trên TIA cho các vấn đề xữ lý số liệu analog song song thiết kế một hệ SCADA giám sát bằng phần mềm WinCC TIA. Vì thế mà đề tài có những giới hạn về phạm vi nghiên cứu ở dòng PLC S7-1200 lập trình trên phần mềm TIA cho hệ thống chiết rót nƣớc thông qua cảm biến nhiệt độ và khoảng cách PHẦN NỘI DUNG Chƣơng 1 1.1. Tổng quan về đề tài Đề tài là quá trình khảo sát nghiên cứu và thiết kế SCADA cho hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lƣợng à một bộ phận quan trọng trong các quy trình sản xuất, phân loại ra các sản phẩm hợp quy ra thị trƣờng. Trong công ty sản xuất bia để đảm bảo về khối lƣợng cũng nhƣ chất lƣợng gói mì ra thì trƣờng thì các thành phần mì thƣờng không thể thiếu cũng nhƣ khối lƣợng giá trị dinh dƣỡng đến ngƣời tiêu dùng. Để đáp ứng các yêu cầu đó đề tài sử dụng cảm biến khối lƣợng đƣa tín hiệu analog về PLC S7-1200 giám sát và điều khiển quá trình phân loại 1.2. Phƣơng pháp thực hiện Sử dụng sensor nhiệt để giám sát quá trình nấu Tìm hiểu PLC S7-1200 Siemens về lập trình cũng nhƣ phần cứng PLC S7-1200 Tìm hiểu về loadcell cũng nhƣ phần cứng mô hình Ứng dụng phần mềm TIA vào lập trình cho mô hình chiết rót CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Quy trình hoạt động của hệ thống 2.2. Lý thuyết PLC - Năm 1642, Pascal đã phát minh ra máy tính cơ khí dùng bánh răng.Đến năm 1834 Babbage đã hoàn thiện máy tính cơ khí "vi sai" có khả năng tính toán với độ chính xác tới 6 con số thập phân. - Năm 1808, Joseph M.Jaquard đã dùng các lỗ trên tấm bìa thẻ kim loại mỏng, sắp xếp chúng trên máy dệt theo nhiều chiều khác nhau để điều khiển máy dệt tự động thực hiệncác mẫu hàng phức tap. - Trước năm 1904, Hoa Kỳ và Đức đã sử dụng mạch rơle để triển khai chiếc máy tính điện tử đầu tiên trên thế giới. - Năm 1943, Mauhly và Ackert chế tạo "cái máy tính" đầu tiên gọi là "máy tính và tích phân số điện tử" viết tắt là ENIAC. Máy có: 18.000 đèn điện tử chân không, 500.000 mối hàn thủ công, chiếm diện tích 1613 ft2, công suất tiêu thụ điện 174 kW, 6000 nút bấm, khoảng vài trăm phích cắm. Chiếc máy tính này phức tạp đến nỗi chỉ mới thao tác được vài phút lỗi và hư hỏng đã xuất hiện. Việc sữa chữa lắp đặt lại đèn điện tử để chạy lại phải mất đến cả tuần. Chỉ tới khi áp dụng kỹ thuật bán dẫn vào năm 1948, đưa vào sản xuất công Hệ thống khởi động Khởi động nung Nấu nguyên liệu ở nhiệt độ đặt trong một khoảng thời Xả van cho nguyên liệu xuống bồn chiết rót đồng thời tắt nung Kiểm tra mực nƣớc chiết rót Nạp liệu vào lò nung Vận chuyển chay vào và chiết rót nghiệp một thời gian sau thì những máy tính điện tử lập trình lại mới được sản xuất và thương mại hoá. Sự phát triển của máy tính cũng kèm theo kỹ thuật điều khiển tự động. - Mạch tích hợp điện tử - IC - năm 1959. - Mạch tích hợp gam rộng - LSI - năm 1965. - Bộ vi xử lý - năm 1974. - Dữ liệu chương trình - điều khiển. - Kỹ thuật lưu giữ... Những phát minh này đã đánh dấu một bước rất quan trọng và quyết định trong việc phát triển ồ ạt kỹ thuật máy tính và các ứng dụng của nó như PLC, CNC,... lúc này khái niệm điều khiển bằng cơ khí và bằng điện tử mới được phân biệt. Đến cuối thập kỷ 20, người ta dùng nhiều chỉ tiêu để phân biệt các loại kỹ thuật điều khiển, bởi vì trong thực tế sản xuất đòi hỏi điều khiển tổng thể những hệ thống máy tính chứ không điều khiển đơn lẻ từng máy PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình đƣợc (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Ngƣời sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này đƣợc kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ nhƣ thời gian định thì hay các sự kiện đƣợc đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC hoạt động theo phƣơng 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 Ladder hay State Logic. Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũng nhƣ các quan niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ƣu điểm nhƣ sau: - Giảm 80% số lƣợng dây nối. - Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp. - Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa đƣợc nhanh chóng và dễ dàng. - Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính, màn hình) mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết bị vào, ra. - Số lƣợng rơle và timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển.Số lƣợng tiếp điểm trong chƣơng trình sử dụng không hạn chế. - Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài ms) dẫn đến tăng cao tốc độ sản xuất . - Chƣơng trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống. - Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa. - Dung lƣợng bộ nhớ lớn để có thể chứa đƣợc những chƣơng trình phức tạp. - Hoàn toàn tin cậy trong môi trƣờng công nghiệp. - Giao tiếp đƣợc với các thiết bị thông minh khác nhƣ: máy tính, nối mạng, các Modul mở rộng. Độ tin cậy cao, kích thƣớc nhỏ. Giá cả có thể cạnh tranh đƣợc. Đặc trƣng của PLC là khả năng có thể lập trình đƣợc, chỉ số IP ở dãy quy định cho phép PLC hoạt động trong môi trƣờng khắc nghiệt công nghiệp, yếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hƣ hỏng rất thấp, thay thế và hiệu chỉnh chƣơng trình dễ dàng, khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lƣợng đầu vào nhập và đầu ra xuất đƣợc đáp ứng tuỳ nghi trong khả năng trên có thể xem là các tiêu chí đầu tiên cho chúng ta khi nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trung tâm cho một hệ thống hoạt động tự động. Từ các ƣu điểm nêu trên, hiện nay PLC đã đƣợc ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp nhƣ: Hệ thống nâng vận chuyển, dây chuyền đóng gói, các robot lắp giáp sản phẩm, điều khiển bơm, chuyền xử lý hoá học, công nghệ sản xuất giấy v.v. Khi tính đến giá cả của PLC thì không thể không kể đến giá của các bộ phận phụ không thể thiếu nhƣ thiết bị lập trình, máy in, băng ghi... cả việc đào tạo nhân viên kỹ thuật. Nói chung những phần mềm để thiết kế lập trình cho các mục đích đặc biệt là khá đắt. Ngày nay nhiều hãng chế tạo PLC đã cung cấp trọn bộ đóng gói phần mềm đã đƣợc thử nghiệm, nhƣng việc thay thế, sửa đổi các phần mềm là nhu cầu không thể tránh khỏi, do đó, vẫn cần thiết phải có kỹ năng phần mềm. Phân bố giá cả cho việc lắp đặt một PLC thƣờng nhƣ sau: - 50% cho phần cứng của PLC. - 10% cho thiết kế khuôn khổ chƣơng trình. - 20% cho soạn thảo và lập trình. - 15% cho chạy thử nghiệm. - 5% cho tài liệu. Việc lắp đặt một PLC tiếp theo chỉ bằng khoảng 1/2 giá thành của bộ đầu tiên, nghĩa là hầu nhƣ chỉ còn chi phí phần cứng A. PLC S7-200 PLC S7-200 hiện đang là sản phẩm phổ biến và đƣợc sử dụng rộng rãi nhất. PLC là từ viết tắt của Programable Logic Controller, đây là thiết bị điều khiển logic - lập trình đƣợc, nó cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua, một ngôn ngữ lập trình., PLC S7-200 là thiết bị của hãng Siemens, cấu trúc theo kiểu modul có các modul mở, rộng.Thành phấn cơ bản của PLC S7-200 là khối CPU222, CPU224, CPU 224XP, CPU226 Thông thƣờng PLC S7-200 đƣợc chia ra làm 2 loại chính: Loại PLC S7-200 cấp điện áp 220VAC : Ngõ vào: tích cực mức 1 ở cấp điện áp +24VDC ( 15VDC – 30VDC) Ngõ ra rơ le Ƣu điểm của loại này là ngõ ra rơ le, do đó có thể sử dụng ngõ ra ở nhiều cấp điện áp (có thể sử dụng ngõ ra 0V,24V,220V. ) Tuy nhiên, nhƣợc điểm của nó : do ngõ ra rơ le nên thời gian đáp ứng của rơ le không đƣợc nhanh cho ứng dụng điều rộng xung , hoặc output tốc độ cao Loại PLC S7-200 dùng nguồn 24VDC : Ngõ vào: tích cực mức 1 ở cấp điện áp +24VDC ( 15VDC – 30VDC) Ngõ ra : Ngõ ra transistor Ƣu điểm của loại này là ngõ ra Transistor, do đó có thể sử dụng ngõ ra này để điều rộng xung, hoặc output0V,24V,220V. ) Tuy nhiên, nhƣợc điểm của nó : do ngõ ra transistor nên ngõ ra chỉ có một cấp điện duy nhất là +24VDC, do vậy sẽ gặp rắc rối trong những ứng dụng có cấp điện áp ra la 0VDC, Trong trƣờng hợp này buộc ta phải thông qua 1 rơ le 24Vdc đệm. Để tiếp cận với các nhà máy công nghệ cao chúng em sử dụng loại PLC hoạt động ở điện áp cấp vào là 220VAC + Thông số kỹ thuật PLC S7-200 CPU 224 AC/DC/RELAY – Điện áp nguồn vào : 220VAC – Số ngõ Input : 14DI DC – Số ngõ Output : 10 DO RELAY  Khối đầu vào: PLC S7-200 CPU 224 có 16 đầu vào, trong đó có:  14 đầu vào số.  2 đầu vào tương tự. Tất cả các đầu vào của PLC của hang Simens đều được ký hiệu là Ii.j. 14 đầu vào số của PLC S7-200 CPU 224 là: I0.0, I0.1, I0.2, I0.3, I0.4, I0.5, I0.6, I0.7, I1.0, I1.1, I1.2, I1.3, I1.4, I1.5. Mỗi tín hiệu đầu vào số chỉ có 2 mức logic là mức 0 và 1.  Mức logic 0 được đặc trưng bằng tiếp điểm thường mở. Ký hiệu: “ ”  Mức logic 1 được đặc trưng bằng tiếp điểm thường đóng. Ký hiệu: “ ” Tất cả các tín hiệu từ nút ấn, công tắc, cảm biến,. . . được lấy làm tín hiệu vào của PLC S7-200 CPU 224. Hai đầu vào tương tự PLC S7-200 CPU 224 được ký hiệu là: AI1.1,AI1.2.  Khối đầu ra: Tất cả các đầu ra của PLC S7-200 CPU 224 nói riêng và của PLC hãng Simens nói chung đều được ký hiệu là Qi.j. PLC S7-200 CPU 224 có 10 đầu ra: Q0.0, Q0.1, Q0.2, Q0.3, Q0.4, Q0.5, Q0.6, Q0.7, Q1.0, Q1.1. Các đầu ra của PLC thường được ký hiệu dưới dạng cuộn dây. Ký hiệu “ ( ) ” Đầu ra PLC là trạng thái của các đối tượng điều khiển: động cơ, van, bóng đèn, còi, đèn báo, . . . Khi sử dụng modun PLC S7-200 CPU 224 phải chú ý đối tượng được điều khiển để thiết lập đầu ra tương ứng vì trên modun có 3 chân 1L,2L,3L để cấp nguồn cho các đầu ra.  Chân 1L : cấp nguồn cho Q0.0, Q0.1, Q0.2, Q0.3.  Chân 2L : cấp nguồn cho Q0.4, Q0.5, Q0.6.  Chân 3L : cấp nguồn cho Q0.7, Q1.0, Q1.1.  Khối mở rộng: Để mở rộng phạm vi điều khiển của PLC người ta thường lắp them các modun mở rộng để tăng số lượng đầu vào và tăng số lượng đầu ra. Mô tả đèn báo trên bộ điều khiển PLC S7-200 CPU 224 của hãng Simens PLC S7-200 CPU 224 bao gồm hệ thống đèn báo như sau: - SF : đèn báo trạng thái PLC bị hỏng. - RUN : đèn báo trạng thái có thể chạy PLC. - STOP : đèn báo trạng thái PLC dừng hoạt động phục vụ cho quá trình dừng khẩn cấp, đảm bảo an toàn và phục vụ cho quá trình download từ máy tính > PLC hoặc upload từ PLC > máy tính. => để chọn chế độ RUN hoặc STOP thì sử dụng công tắc gạt (dưới). - Đèn báo cho 14 đầu vào số tương ứng đều có đèn để chỉ trạng thái trên PLC, khi đèn báo ở đầu nào sáng thì đầu đó ở mức 1. - Trên PLC có 14 công tắc gạt tương ứng để điều khiển cho 14 đầu vào số. - Đèn báo cho 10 đầu ra số tương ứng đều có đèn chỉ trạng thái trên PLC khi đèn của đầu ra nào sang thì đầu ra đó ở trạng thái đang hoạt động. Công tắc chọn chế độ làm việc: PLC S7-200 CPU 224 có 3 chế độ làm việc RUN, STOP, TERM Nhiệm vụ của PLC trong hệ thống: Modul PLC S7-200 CPU 224 được dùng để điều khiển các thiết bị điện- điện tử trong mô hình, để mô hình đóng mở cửa được bình thường. B. PLC S7-1200. Hình . Bộ điều khiển S7-1200 Bộ điều khiển S7-1200 đƣợc ra đời để thay thế cho dòng S7-200 trƣớc đây của Siemens trên xu hƣớng tích hợp bộ điều khiển, hệ thống mạng, hệ thống điều khiển giám sát trong cùng một hệ thống với nền tảng TIA Portal. Hình. Hệ thống tích hợp toàn diện của Siemens TIA Portal Hệ thống SIMATIC S7-1200 đƣợc thiết kết tích hợp với PROFINET với các cổng Ethernet tích hợp để dễ dàng thiết lập mạng điều khiển. Cấu trúc S7-1200 dạng modular giống nhƣ dòng S7-300 nhằm dễ dàng thay đổi kích cỡ theo ứng dụng, dễ dàng thêm các cổng I/O. Với dòng CPU 1212C có thể thêm 2 module I/O, còn với dòng CPU 1214C. 1215C, 1217C có thể thêm 8 module I/O. Ngoài ra dòng S7-1200 có thể dễ dàng tích hợp thêm các module giao tiếp loại PROFIBUS, GPRS làm tăng độ linh hoạt của hệ thống lên rất cao. Để lập trình cho S7-1200 Siemens cung cấp gói phần mềm TIA Portal với các ƣu điểm:  Dễ dàng trao đổi các chức năng  Các dự án có thể dùng lại đƣợc với thƣ viện sẵn có hoặc tạo thêm  Tích hợp hệ thống chẩn đoán  Có chức năng theo dõi  Tích hợp điều khiển chuyển động  Tích hợp bộ điều khiển PID  Dễ dàng mô phỏng với PLC và HMI  Hệ thống trao đổi dữ liệu liên kết giữa PLC và WINCC thực hiện dễ dàng  Quản lý nhiều trạm trên cùng một Project Tích hợp bảo vệ kiểu password, know-how, chống copy, truy nhập 2.3. TIA -WinCC TIA Portal là một phần mềm tích hợp của hãng Siemens, cung cấp cho ngƣời dùng quyền truy cập không giới hạn đến các dịch vụ tự động hóa của hãng, nó là sự kết hợp của các phần mềm lập trình PLC, thiết kế HMI và xây dựng hệ thống giám sát SCADA trên WinCC. TIA Portal còn giúp cho ngƣời sử dụng tiết kiệm đƣợc thời gian và tránh đi việc sai sót biến khi lập trình, tạo nên một hệ thống tổng quan cho ngƣời lập trình với sự tích hợp công cụ mô phỏng đi kèm. TIA Portal đƣợc hãng đánh giá rất cao về sự hoàn hảo để tự động hóa cho doanh nghiệp, bổ sung và hoàn thiện các dịch vụ cho các công ty trên con đƣờng bƣớc đến nền công nghiệp 4.0. TIA Portal tích hợp các phần mềm bao gồm: lập trình PLC Simatic Step-7, thiết kế giao diện với Simatic WinCC, S7 PLC SIM giải pháp có khả năng mở rộng cao, độ linh hoạt tốt và độ tin cậy cao. Nó phù hợp với các ứng dụng giám sát và điều khiển tự động hoá trong công nghiệp. Bên cạnh đó, nó đáp ứng mọi yêu cầu của các trạm điều khiển độc lập và các hệ thống giám sát dự phòngTrong đề tài này TIA Portal là phần mềm chính dùng để lập trình PLC, thiết kế giao diện HMI và thiết kế giao diện WinCC. Hình Giao diện TIA Portal V14. Bảng . Chức năng công cụ trên TIA Portal (hình 2.8) STT Thành Phần Chức năng 1 Quản lý thiết bị và truyền thông. Vùng chứa các thiết bị trong hệ thống và khả năng kết nối, đường kết nối của hệ thống. 2 Quản lý chương trình PLC. Vùng chứa phần lập trình, chương trình trình và các hàm con của thiết bị PLC trong hệ thống. 3 Quản lý chương trình giao diện và kết nối. Vùng chứa tập hợp các giao diện HMI, WinCC và các biến kết nối giữa các thiết bị. 4 Vùng chọn phương thức. Vùng cho phép chọn lựa vào thực hiện các lập trình thiết kế từng thiết bị. 5 Vùng hiển thị thiết bị. Vùng hiển thị các thiết bị, các hàm, các thiết kế của vùng từng vùng quản lý theo từng chức năng . Hình 2.9. Giao diện vùng quản lý thiết bị, kết nối và cài đặt thông số. Bảng 2.2. Bảng chức năng vùng quản lý thuyết bị và truyền thông. STT Thành phần Chức năng 1 Vùng quản lý đề án. Quản lý các vùng chức năng thuyết bị và kết nối thiết bị . 2 Vùng hiển thị thiết bị. Chứa các thiết bị và khả năng kết nối truyền thông giữa các thiết bị. 3 Vùng địa chỉ . Cho phép xem và có thể điều chỉnh địa chỉ của từng thiết bị, các ngõ vào ra của thiết bị. 4 Vùng công cụ . Vùng cho phép lựa chọn và thêm các thiết bị. 5 Vùng thông báo. Hiển thị các thông báo và chỉnh sửa thông số thiết bị. Hình. Giao diện vùng lập trình. Bảng. Bảng chức năng vùng lập trình. STT Thành phần Chức năng 1 Vùng quản lý đề án Quản lý các vùng chức năng thuyết bị và kết nối thiết bị . 2 Vùng lập trình Chương trình dược viết tại vùng này. 3 Vùng công cụ Chứa các hàm chức năng lập trình . 4 Vùng thông báo Hiển thị các thông báo và chỉnh sửa thông số thiết bị. Hình. Vùng thiết kế giao diện Bảng . Bảng chức năng vùng thiết kế STT Thành phần Chức năng 1 Vùng quản lý đề án Quản lý các vùng chức năng thuyết bị và kết nối thiết bị . 2 Vùng Thiết kế Hệ thống được thiết kế tại vùng này. 3 Vùng công cụ Chức các công cụ cho việc thiết kế . 4 Vùng thông báo Hiển thị các thông báo và chỉnh sửa thông số thiết bị. Thiết kế màn hình giao diện HMI ta chọn thông số màn hình tƣơng đồng với thực tế và cài đặt địa chỉ tại vùng quản lý thiết bị và kết nối. Hình . Cấu hình và kết nối HMI và PLC Thiết kế HMI bằng cách vào mục quản lý màn hình trong vùng quản lý thiết bị. Tại hình .Vùng thiết kế HMI và lập trình biến tần. Ta có một số mục chức năng cơ bản Runtime settings , Screens và HMI tags là ba mục cơ bản cho việc thiết kế HMI. * Runtime settings: Thiết lập thông số cơ bản về bàn tính, ngôn ngữ. * Screens: Mục thiết kế màn hình giao tiếp. * HMI tags: Địa chỉ giao tiếp các vùng nhớ của màn hình với các thiết bị đấu nối. Ở vùng công cụ tích hợp các hình ảnh trực quan dựa trên đó thiết kế các hệ thống. Hình. Vùng công cụ hỗ trợ thiết kế Các đèn và chữ viết đƣợc lấy và vẽ lên từ các hộp công cụ cơ bản trong vùng công cụ. Hình. Hộp công cụ cơ bản Các hình đƣợc đƣợc lấy ra từ hộp công cụ chƣa đƣợc thiết lập các biến cũng nhƣ chƣa linh động đƣợc các chức năng. Các chức năng linh động trong thiết kế đƣợc thiết lập bằng cách ta nhấn đôi vào hình trực quan và tạo các hiệu ứng trong mục Properties hình 2.16. Hình. Giao diện thiết lập hiệu ứng Mục Properties dùng cho việc thiết kế tên màu sắc nền các chức năng hiển thị, để hệ thống linh động theo các biến ta vào và thiết lập ở mục Animation . Hình. Cấu hình hiệu ứng Mục Animation giúp ta thiết lập đƣợc các hiệu ứng chuyển màu chuyển ảnh ở phần hiển thị Display hay các chức năng chuyển động di chuyển anh ở mục Movements. Hình. Gán địa chỉ kết nối cho biến Sau khi chọn hiệu ứng của biến ta gán địa chỉ cần hiển thị ở phần Tag và các cấp độ hiển thị ở trong bảng chức năng. Các biến của chƣơng trình đƣợc gán tại HMI Tags của vùng quản lý thiết bị. Hình. Thiết kế hình động. Trên một hệ thống ngoài các chức năng hiển thị trạng thái đóng/ngắt còn có các trạng thái di chuyển linh động trực quan nhƣ các thiết bị sản phẩm trên băng tải. SCADA ( Supervisory Control And Data Acquisition) hiểu theo nghĩa truyền thống là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Khi nói về SCADA ta sẽ nói đến các thiết bị thu thập dữ liệu từ môi trƣờng xung quanh (Sensor), những dữ liệu thu thập đƣợc sẽ chuyển đến các PLC (bộ điều khiển) đến đây dữ liệu đƣợc xử lý thông qua các phƣơng thức truyền thông đến PC (Computer) xem và điều khiển, giám sát thông qua máy tính, giao diện ngƣời máy HMI. Cấu trúc một hệ SCADA có các thành phần cơ bản bao gồm: WinCC WinCC Scada không còn là khái niệm mới mẽ nhƣng việc vận dụng thành thạo các công cụ của WinCC thì còn rất nhiều ứng dụng mà vẫn chƣa sử dụng hết. Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng nhƣ phục vụ việc xử lý và lƣu trữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa Cấu trúc của một hệ scada tự động Hình x. Cấu trúc SCADA Một số chức năng cơ bản của hệ thống SCADA _ Điều khiển _ Hiển thị _ Cảnh Báo _ Lƣu Trữ _ In ấn Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng nhƣ phục vụ việc xử lý và lƣu trữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa. WinCC là chữ viết tắt của Windows Control Center (Trung tâm điều khiển chạy trên nền Windows), nói cách khác, nó cung cấp các công cụ phần mềm để thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft nhƣ Windows NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1). Trong dòng các sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA (SCADA class) với những chức năng hữu hiệu cho việc điều khiển. WinCC kết hợp các bí quyết của Siemens, công ty hàng đầu trong tự động hóa quá trình, và năng lực của Microsoft, công ty hàng đầu trong việc phát trỉên phần mềm cho PC. Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có quy mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có quy mô toàn công ty nhƣ việc tích hợp với những hệ thống cấp cao nhƣ MES (Manufacturing Excution System - Hệ thống quản lý việc thực hiện sản suất) và ERP (Enterprise Resource Planning). WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở quy mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của Siemens có mặt khắp nơi trên thế giới. Ở Việt Nam hệ thống của Siemens đƣợc tài trợ đƣa vào hệ đào tạo chính thức WinCC hỗ trợ tối đa về các hệ thống giám sát cho dòng sản phẩm của Simens. + Trạm điều khiển giám sát trung tâm: là một hay nhiều máy chủ trung tâm (Central host computer server). + Trạm thu thập dữ liệu trung gian: Là các khối thiết bị vào ra đầu cuối từ xa RTU (Remote Terminal Units) hoặc là các khối điều khiển logic khả trình PLC (Programmale Logic Controllers) có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp hành (cảm biến cấp trƣờng, các hộp điều khiển đóng cắt và các van chấp hành + Hệ thống truyền thông: bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các thiết bị viễn thông và các thiết bị chuyển đổi dồn kênh có chức năng truyền dữ liệu cấp trƣờng đến các khối điều khiển và máy chủ. + Giao diện ngƣời - máy HMI (Human - Machine Interface): Là màn hình giao diện giữa ngƣời và máy, một hệ thống dùng để giao tiếp trao đổi thông tin qua lại giữa ngƣời và hệ thống dƣới nhiều hình thức. HMI cho phép ngƣời dùng theo dõi và ra lệnh điều khiển toàn bộ hệ thống. Ngoài ra, HMI còn đƣợc hổ trợ giao diện đồ họa giúp cho ngƣời dung có cách nhìn trực quan linh động về hệ thống. Hình. Cấu trúc của một hệ SCADA 2.4. Giao thức truyền thông TCP/IP. TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) là kết quả nghiên cứu và phát triển giao thức trong mạng chuyển mạch gói thử nghiệm mang tên Arpanet do ARPA thuộc bộ quốc phòng Mỹ tài trợ. TCP/IP dùng để chỉ một tập giao thức và truyền thông đƣợc công nhận thành chuẩn Internet. TCP/IP đã đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó có cả mạng truyền thông công nghiệp. Kiến trúc của giao thức truyền thông TCP/IP gồm nhiều lớp, mỗi lớp lại có những nhiệm vụ phục vụ cho riêng mục đích trao đổi dữ liệu. Nếu tách riêng TCP và IP thì đó là những chuẩn giao thức riêng về truyền thông tƣơng đƣơng với lớp vận chuyển và lớp mạng trong mô hình OSI. Nhƣng ngƣời ta cũng dùng TCP/IP nhƣ một mô hình truyền thông ra đời trƣớc khi có chuẩn OSI:  Lớp ứng dụng: Lớp ứng dụng hỗ trợ các chức năng cần thiết cho các ứng dụng khác nhau, mỗi ứng dụng sẽ cần một modul riêng biệt, cụ thể nhƣ: FTP (File Transfer Protocol) chuyển giao dữ liệu, TELNET làm việc với trạm chủ từ xa, SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) chuyển thƣ điện tử, SNMP (Simple Network Management Protocol) cho quản trị mạng và DNS (Domain Names Service) phục vụ quản lý và tra cứu địa chỉ Internet.  Lớp vận chuyển: Cơ chế đảm bảo dữ liệu đƣợc vận chuyển một cách đáng tin cậy hoàn toàn không phụ thuộc vào đặc tính của ứng dụng sử dụng dữ liệu. Vì vậy cơ chế này đƣợc xếp vào một lớp độc lập để tất cả các ứng dụng có thể sử dụng chung. Có thể nói, TCP là giao thức tiêu biểu và sử dụng nhiều nhất cho chức năng trên, hỗ trợ trao đồi dữ liệu trên cơ sở dịch vụ có nối. Bên cạnh đó, giao thức UDP (User data protocol) cũng đƣợc sử dụng cho lớp vận chuyển. UDP cung cấp dịch vụ không nối cho việc vận chuyển dữ liệu mà không đảm bảo tuyệt đối dữ liệu đến đích và trình tự đến đích của các gói dữ liệu.  Lớp Internet: Lớp internet có nhiệm vụ chuyển giao dữ liệu giữa nhiều mạng đƣợc liên kết với nhau. Giao thức IP đƣợc sử dụng ở lớp này. Giao thức IP không những thực hiện ở các thiết bị đầu cuối mà còn ở các router. Một router chính là một thiết bị xử lý giao thức dùng để liên kết hai mạng, có chức năng chuyển dữ liệu từ mạng này sang mạng khác.  Lớp truy nhập mạnh: Lớp truy nhập mạng liên quan đến việc trao đổi dữ liệu giữa hai trạm thiết bị trong một mạng dữ liệu. Các chức năng của lớp này bao gồm: Kiểm soát truy nhập môi trƣờng truyền dẫn, kiểm lỗi và lƣu thông dữ liệu.  Lớp vật lý: Lớp vật lý đề cập tới giao tiếp vật lý giữa một thiết bị truyền dữ liệu với môi trƣờng truyền dữ liệu hay mạng trong đó có các đặc tính: tín hiệu, chế độ truyền, tốc độ truyền và cơ cấu cơ học các phích cắm, giắc cắm. 2.5. Ethernet. Ethernet là kiểu mạng cục bộ (LAN) đƣợc sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Thực chất, Ethernet chỉ là mạng cấp dƣới (Lớp vật lý và một phần lớp liên kết dữ liệu) vì vậy có thể sử dụng các giao thức khác nhau ở phía trên, trong đó TCP/IP là tập giao thức đƣợc sử dụng phổ biến nhất. Ethernet có xuất xứ từ một sản phẩm của công ty Xerox, đƣợc sử dụng lần đầu vào 1975 để kế nối 100 máy trạm với nhau. Lớp liên kết dữ liệu của giao thức này đƣợc chia làm hai lớp con là: LLC (Logical Link Control) và MAC (Medium Access Control), trong đó LLC là lớp vật lý. Hiện nay chuẩn Ethernet đang dùng là IEEE 802.3.  Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn: Cấu trúc mạng vật lý có thể là đƣờng thẳng và hình sao tùy theo phƣơng tiện truyền dẫn. Trong truyền dẫn Ethernet thƣờng sẽ dụng các loại cáp nhƣ sau: 10BASE5 (Cáp đồng trục dày, dài tối đa 500m, số trạm tối đa là 10), 10BASE2 (Cáp đông trục mỏng, độ dài tối đa là 200m, số trạm tối đa là 20 trạm), 10BASET (đôi dấy xoắn, độ dài tối đa là 100m, số trạm tối đa 1024 mạng), 10BASEF (Cáp quang, độ dài tối đá 2000m, số trạm tối đa: 1024). Các tên trên hiện đƣợc sử dụng với các ý nghĩa nhƣ sau: Hình. Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn Cơ chế giao tiếp: Sự phổ biến của Ethernet là nhờ tính năng mở của nó. Thứ nhất, Ethernet chỉ quy định lớp vật lý và lớp MAC nên cho phép các hệ thống khác nhau tùy ý thực hiện các giao thức và dịch vụ phía trên. Thứ hai, phƣơng pháp truy nhập ngẫu nhiên không yêu cầu các trạm phải biết cấu hình mạng nên có thể bổ sung hoặc tách một trạm ra khỏi mạng mà không làm ảnh hƣởng tới phần còn lại. Thứ ba, việc chuẩn hóa sớm giúp cho các nhà cung cấp sản phẩm thực hiện dễ dàng hơn. Trong Ethernet, không kể đến các bộ chia và bộ chuyển mạch thì tất cả các trạm đều có vai trò bình đẳng nhƣ nhau. Mỗi trạm có địa chỉ Ethernet riêng biệt, việc thực hiện giao tiếp giữa các mạng sử dụng các giao thức nhƣ: NetBUI, IPX/SPX hoặc TCP/IP. Tùy theo giao thức cụ thể, căn cƣớc (tên, địa chỉ) của bên gửi và bên nhận sẽ đƣợc dịch sang địa chi Ethernet trƣớc khi đến lớp MAC. Bên cạnh giao tiếp tay đôi, Ethernet còn hỗ trợ phƣơng thức giao tiếp đồng loạt (multicast và broadcast). Multicast gửi thông báo đến một số các mạng, trongkhi đó Broadcast gửi thông báo đến tất cả các trạm. Bảng . Cấu trúc khung MAC theo chuẩn IEE 802.3. 7 byte 1 byte 2/6 byte 2/6 byte 2 byte 46-1500 byte 4 byte Mở đầu (55H.55H) SDF (D5H) Địa chỉ đích Địa chỉ nguồn Độ dài/ kiểu gõ Dữ liệu PAD FCS IEEE 802.3/Ethernet có cấu trúc gồm lớp vậy lý và lớp MAC nên một bức điện của nó còn gọi là một khung MAC. Mở đầu bộ khung là 7 byte có giá trị giống nhau là 55H. Tín hiệu tƣơng ứng sẽ có dạng tuần hoàn để bên nhận đồng bộ nhịp với bên gửi. Do đó việc động bộ này chỉ xảy ra một lần cho cả bức điện. Tiếp theo là một byte SFD (Start of Frame Delimiter) chứa dãy bit 10101011, đánh dấu sự bắt đầu của bức điện. Sau đó là các byte chứa địa chỉ đích và địa chỉ nguồn, mỗi địa chỉ có thể có từ 2 byte đến 6 byte. Theo sau mã địa chỉ là 2 byte chứ mã giao thức, cụ thể 0800H là giao thức IP, 0806H là giao thức ARP. Tiếp theo là dữ liệu có độ dại tối thiểu là 46 byte. Ô cuối cùng trong khung MAC chứa mà CRC 32 bit với đa thức: G (x)=x 32 +x 26 +x 23 +x 22 +x 16 +x 12 +x 11 +x 10 +x 8 +x 7 +x 5 +x 4 +x 2 +x+1. CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT 3.1. Thiết kế cơ khí hệ thống 3.1.1. Yêu cầu cơ khí hệ thống 3.1.2. Thiết kế cơ khí 3.2. Thiết kế điện cho hệ thống 3.2.1. Yêu cầu hệ thống điện 3.2.2. Sơ đồ khối hệ thống Khối nguồn Khối cảm biến Khối đệm Khối xữ lý và điều khiển Khối chấp hành 3.2.3. Phân tích các khối điện hệ thống Khối nguồn: Nguồn cấp cho các thiết bị điện của hệ thống điện điều khiển Khối cảm biến: Nhận và phát hiện chuyển đổi và trả tín hiệu về hệ thống các giá trị nhiệt độ, khoảng cách, vật tới Khối xử lý và điều khiển: Nhận tín hiệu trả về từ khối cảm biến xử lý tín hiệu và điều khiển các thiết bị chấp hành theo lập trình logic sẳn có Khối đệm: Chuyển đổi điện thế và dòng điện điều khiển các thiết bị có công suất lớn hơn công suất đầu ra của khối điều khiển Khối chấp hành: Gồm các van, trở nhiệt, động cơ điện chấp hành truyền tải nung nấu nguyên liệu. Van cấp liệu đầu Nguồn 24V Cảm biến nhiệt CPU (PLC S7-1200) Cảm biến khoảng cách Van vận chuyển liệu đã nóng Van Rót Đốt liệu ( Điện trở nhiệt ) 3.2.4. Thiết bị điện từng khối 3.2.4.1. Nguồn chuyển đổi 220VAC sang 24VDC 3.2.4.2. Cảm biến quang hồng ngoại 3.2.4.3. PLC S7-1200 3.2.4.4. Thiết bị Chấp hành Van Điện trở nhiệt Động cơ điện 3.2.4.5. Thiết bị công suất Relay Biến Tần SCR 3.2.5. Sơ đồ đấu nối 3.3. Thiết kế phần mềm 3.3.1. Yêu cầu lập trình hệ thống 3.3.1. Lưu đồ giải thuật Dừng đợi S Đ S Đ Run BEGIN Nhiệt độ nhiệt độ đúng khoảng giá tị Đủ thời gian xả van 1 Chay đến Có nguyên liệu END Rót S Đ 3.3.2. Sơ đồ đấu dây CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 4.1. Địa chỉ biến và đấu nối Name Data Type Logical Address Chay Bool %M0.0 ChayR Bool %I0.0 Dung Bool %M0.1 RunP Bool %M0.2 DungR Bool %I0.1 ChayMoPhong Bool %M0.3 MoPhong Bool %M0.4 ChayThucTe Bool %M0.5 MoPhongR Bool %M0.6 ThucTeR Bool %I0.4 TermMax Int %MW20 TermMin Int %MW22 Tearm Int %MW24 KhoangCachMAx Int %MW26 KhoangCachMin Int %MW28 KhoangCach Int %MW30 SanLuong Int %MW32 ThoiGianRot Time %MD34 Lua Bool %M0.7 ChoPhepNhietDo Bool %M1.0 ThoiGianDot Time %MD2 DuThoiGian Bool %M1.1 DaXa Bool %M1.2 XaVan1O Bool %M1.3 TimeChai Time %MD6 ChaiDen Bool %M1.4 XaVan2 Bool %M1.5 DaXaVan2 Bool %M1.6 Tag_1 DWord %MD70 DungLuong Word %MW10 RsBT Bool %M1.7 BT Time %MD12 TGD DInt %MD16 TGR DInt %MD38 TimeRot Time %MD42 4.2. Chƣơng trình chính 4.3. Nhận xét PHẦN KẾT LUẬN A. KẾT LUẬN B. HƢỚNG PHÁT TRIỂN