Đồ án Tốt nghiệp hệ thống cân định lượng

PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự (I/O External input) PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module tương tự (I/O External output) + Vùng dữ liệu: là miền để sử dụng để cất giữ các khối dữ liệu của chương trình bao gồm kết quả của các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình bộ đệm truyền thông. Một phần của bộ nhớ này thuộc kiểu đọc ghi được. Vùng dữ liệu chia thành 2 loại: DB (Data block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối. Kích thước cũng như khối lượng do người sử dụng quy định, phù hợp với từng bài toán điều khiển. Chương trình có thể truy nhập miền này theo từng bit (DBX), byte (DBB), từ (DBW), hoặc từ kép (DBD). L (Local data block): 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 của biến hình thức với những khối chương trình đã gọi nó. Nội dung của dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình tương ứng trong khối OB, FC, FB. - Tổ chức bộ nhớ CPU: là cách phân chia bộ nhớ cho các vùng nhớ khác nhau. Cấu trúc bộ nhớ CPU của PLC S7-300 bao gồm: + Vùng nhớ chứa các thanh ghi + Vùng system memory + Vùng Load memory + Vùng Work memory Kích thước các vùng nhớ này phụ thuộc vào chủng loại của từng module CPU. Load memory: là vùng nhớ chứa chương trình ứng dụng (do người sử dụng viết) bao gồm tất cả các khối chương trình ứng dụng OB, FC, FB, các khối chương trình trong thư viện hệ thống được sử dụng (SFC, SFB) và các khối dữ liệu DB. System memory: Là vùng nhớ chứa các bộ đệm vào/ra số (Q, I), các biến cờ (M), thanh ghi T-Word, PV, T-bit của Timer, thanh ghi C-Word, PV, C-bit của Counter. Work memory: Là vùng nhớ chứa các khối DB đang được mở, khối chương trình (OB, FC, FB, SFC hoặc SFB) đang được CPU thực hiện và phần bộ nhớ cấp phát cho những tham số hình thức để các khối chương trình này trao đổi tham trị với hệ điều hành và với các khối chương trình khác (Local Block). Tại một thời điểm nhất định vùng Work memory chỉ chứa một khối chương trình. Sau khi khối chương trình đó được thực hiện xong thì hệ điều hành sẽ xoá nó khỏi Work memory và nạp vào đó khối chương trình kế tiếp đến lược thực hiện. Systerm memory Bộ đệm ra số Q Bộ đệm vào số I Vùng nhớ cờ M Timer T Couter C Work memory · Logic block · Data block · Local block, Stack Load memory · User program (EEPROM) · User program (RAM) ACCU1 ACCU2 Accumulator AR1 AR2 Address register DB (share) DI (instance) Data block register Status Status word Hình 3.5: Phân chia các vùng ô nhớ trong CPU 3.1.5. Vòng quét 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 đệm ảo Q tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi . 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, không phải vòng quét nào cũng thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Mà tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu được truyền thông...trong vòng quét đó. Truyền thông và kiểm tra nội bộ Chuyển dữ liệu từ cổng vào tới I Thực hiện chương trình Chuyển dữ liệu từ cổng vào Q VÒNG QUÉT Hình 3.6: Vòng quét chương trình Như vậy, việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển tới 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, tính thời gian thực của chương trình càng cao. Chương trình xử lí ngắt có thể xâm nhập vào bất kì giai đoạn nào của chu trình vòng quét. Vì thế, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét. Do đó, để nâng cao tính thời gian thực cho chương trình điều khiển, tuyệt đối không nên viết chương trình xử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong chương trình điều khiển. Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo. Việc truyền thông gữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý. Ở một số module CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra. 3.1.6. Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng: Trong trạm PLC luôn có sự trao đổi dữ liệu giữa CPU với các module mở rộng thông qua bus nội bộ. Ngay tại đầu vòng quét, các dữ liệu tại cổng vào của các module số (DI) sẽ được CPU chuyển tới bộ đệm vào số (process image input table-I). Cuối mỗi vòng quét, nội dung của bộ đệm ra (process image output table-Q) lại được CPU chuyển tới cổng ra của các module ra số (DO). Việc thay đổi nội dung hai bộ đệm này được thực hiện bởi chương trình ứng dụng. Nếu trong chương trình ứng dụng có nhiều lệnh đọc cổng vào số thì cho dù giá trị logic thực có của các cổng vào này có thể bị thay đổi trong quá trình thực hiện vòng quét, chương trình sẽ vẫn luôn đọc được cùng một giá trị từ I và giá trị đó chính là giá trị của cổng vào có tại thời điểm đầu vòng quét. Cũng như vậy, nếu chương trình ứng dụng nhiều lần thay đổi giá trị cho một cổng ra số thì do nó chỉ thay đối nội dung bit nhớ tương ứng trong Q nên chỉ có giá trị thay đổi cuối cùng mới thực sự đưa tới cổng ra vật lý của module DO. Khác hẳn với việc đọc/ghi cổng số, việc truy nhập cổng vào/ra tương tự lại được CPU thực hiện trực tiếp với module mở rộng (AI/AO). Như vậy mỗi lệnh đọc giá trị từ địa chỉ thuộc vùng PI (peripheral input) sẽ thu được một giá trị đúng bằng giá trị thực có ở cổng tại thời điểm thực hiện lệnh. Tương tự khi thực hiện lệnh gửi một giá trị (số nguyên 16 bits) tới địa chỉ của vùng PQ (peripheral output), giá trị đó sẽ đươc gửi ngay tới cổng ra tương tự của module. Chương trình ứng dụng (user program) Module AI Module DI Process image input table (I) Module DO Module AO Đọc/ghi gián tiếp Đọc trực tiếp 0 : 127 256 : 767 Peripheral input PI (64K) Peripheral output PQ (64K) Process imag output table (Q) : : 0 : 127 256 : 767 : : Ghi trực tiếp Tuy nhiên miền địa chỉ PI và PQ lại được cung cấp nhiều hơn là số các cổng vào/ra tương tự có thể có của một trạm. Điều này tạo khả năng kết nối các cổng vào/ra số với những địa chỉ dôi ra đó trong PI/PQ giúp chương trình ứng dụng có thể truy nhập trực tiếp các module DI/DO mở rộng để có được giá trị tức thời tại cổng mà không cần thông qua bộ đệm I và Q. 3.1.7. Cấu trúc chương trình: - Lập trình tuyến tính: Kĩ thuật lập trình tuyến tính là phương pháp lập trình mà toàn bộ chương trình ứng dụng sẽ chỉ nằm trong một khối OB1. Kĩ thuật này có ưu điểm là gọn, rất phù hợp với những bài toán điều khiển đơn giản, ít nhiệm vụ. Lệnh 2 Lệnh 1 Lệnh cuối cùng Vòng quét OB1 Hình 3.8: Lập trình tuyến tính. - Lập trình có cấu trúc: Chương trình được chia thành những phần nhỏ với từng nhiệm vụ riêng và các phần này nằm trong những khối chương trình khác nhau. Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp. PLC S7-300 có 4 loại khối cơ bản: + Loại khối OB (Oganization block): Khối tổ chức và quản lý chương trình điều khiển. Có nhiều loại khối OB với những chức năng khác nhau, chúng được phân biệt với nhau bằng một số nguyên đi sau nhóm kí tự OB, ví dụ OB1, OB35, OB40, OB80,..Trong khi khối OB1 được thực hiện đều đặn ở từng vòng quét trong giai đoạn thực hiện chương trình (giai đoạn 2) thì các khối OB khác chỉ được thực hiện khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt tương ứng, nói cách khác chương trình viết trong khối OB này chính là chương trình xử lý tín hiệu ngắt (event). + Loại khối FC (Program block): Khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc một thủ tục (chương trình con có biến hình thức). Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối FC và các khối FC này được phân biệt với nhau bằng một số nguyên sau nhóm ký tự FC, chẳng hạn như FC1, FC2,… + Loại khối FB (Function block): Là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác. Các dữ liệu này phải được tổ chức thành khối dữ liệu riêng có tên gọi là Data block. Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối FB và các khối FB này được phân biệt với nhau bằng một số nguyên sau nhóm ký tự FB, chẳng hạn như FB1, FB2,… + Loại khối DB (Data block): Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình. Các tham số của khối do người dùng tự đặt. Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối DB và các khối DB này được phân biệt với nhau bằng một số nguyên sau nhóm ký tự DB, chẳng hạn như DB 1, DB 2,… Chương trình trong các khối được liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối, chuyển khối. Xem những phần chương trình trong các khối như là chương trình con thì S7-300 cho phép gọi chương trình con lồng nhau, tức là từ chương trình con này gọi đến một chương trình con khác và từ chương trình con này lại gọi tới chương trình con thứ 3... Số các lệnh gọi lồng nhau phụ thuộc vào từng chủng loại module CPU mà ta sử dụng. Ví dụ như đối với module CPU314 thì số lệnh gọi lồng nhau nhiều nhất có thể cho phép là 8. Nếu số lần gọi lồng nhau vượt quá con số giới hạn cho phép, PLC sẽ chuyển sang chế độ STOP và đặt cờ báo lỗi. FC1 FB2 FC7 FB5 FC3 FB9 Hệ điều hành OB1 Số các lệnh gọi lồng nhau nhiều nhất cho phép tuỳ từng loại module CPU Hình 3.9: Lập trình có cấu trúc 3.1.8 . Bộ thời gian (Timer): Bộ thời gian là bộ tạo thời gian trễ t mong muốn giữa tín hiệu logic đầu vào u(t) và tín hiệu logic đầu ra y(t). S7-300 có 5 loại Timer khác nhau. Thời gian trễ t mong muốn được khai báo với Timer bằng 1 giá trị 16 bits trong đó 2 bits cao nhất không sử dụng, 2 bits cao kế tiếp là độ phân giải của Timer, 12 bits thấp là 1 số nguyên BCD trong khoảng 0999 được gọi là PV (Preset Value). Thời gian trễ t chính là tích: t = Độ phân giải x PV 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Không sử dụng Giá trị PV dưới dạng mã BCD Độ phân giải 0 0 10ms 0 1 100ms 1 0 1s 1 1 10s Hình 3.10: Cấu hình giá trị thời gian trễ đặt trước cần khai báo với timer Thời gian có thể được khai báo dưới dạng bằng kiểu S5T - Ví dụ: S5T#3s Trong đồ án sử dụng loại Timer SD là loại Timer trễ theo sườn lên không có nhớ (On Delay Timer): Ngõ ra lên mức 1 khi ngõ vào EN=1 và giá trị CV (Current Value) = 0. 3.1.9. Bộ đếm (Counter): Counter là bộ đếm có chức năng đếm sườn xung của tín hiệu đầu vào. Có tối đa 256 Counter được kí hiệu từ C0C255. Có 2 loại: - Bộ đếm tiến: Đếm số sườn lên của tín hiệu logic đầu và tức là đếm số lần thay đổi trạng thái từ 0 lên 1 của tín hiệu. Số sườn xung đếm được ghi vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm. Nội dung của thanh ghi này gọi là giá trị đếm tức thời luôn so sánh với giá trị đặt trước của bộ đếm. nếu giá trị đếm tức thời bằng hoạc lớn hơn Giá trị đặt trước thì bộ đếm dặt giá trị logic bằng 1 và một bit đặc biệt của nó, còn nhỏ hơn thì đặt giá trị logic 0. Bộ đếm tiến đều có chân nối với tín hiệu điều khiển để đặt lại chế độ ban đầu. Bộ đếm được Reset khi tín hiệu xoá này có giá trị logic1. Khi bộ đếm được Reset thì thanh ghi và Bit đều có giá trị logic 0. - Bộ đếm tiến lùi: Bộ đếm tiến khi gặp sườn lên của xung vào cổng tiến, đếm lùi khi gặp sườn lên của xung vào cổng lùi. Bộ đếm cũng có Reset như bộ đếm tiến. Nó có giá trị tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước khi thanh ghi 2 byte có giá trị logic 1 ngược lại có giá trị 0. Ví dụ: Hình 3.11: Bộ đếm tiến lùi CU: tín hiệu dếm lên (BOOL) CD: tín hiệu đếm (BOOL) S: tín hiệu đặt (BOOL), khi có sườn lên thì giá trị đặt được nạp cho CV PV: giá trị đặt (WORD) R : tín hiệu xoá (BOOL), khi có sườn lên thì giá trị CV được xoá về 0. Q: ngõ ra V: giá trị hiện tại của bộ đếm dạng Integer CV_BCD: giá trị hiện tại của bộ đếm dạng BCD 3.1.10. Truyền thông với thiết bị khác: 3.1.10.1. Giới thiệu chung: Truyền thông là phần khá phức tạp trong việc làm chủ PLC. PLC họ S7 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích cắm 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình (PC) hoặc với các trạm PLC khác. Ghép nối với PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485. Truyền thông là một quá trình trao đổi thông tin giữa hai chủ thể với nhau. Đối tác này có thể điều khiển đối tác kia, hoặc quan sát trạng thái của đối tác. Các đối tác truyền thông người hoặc hệ thống kĩ thuật là các thiết bị phần cứng (đối tác vật lý) hoặc các chương trình phần mềm (đối tác logic). Để thực hiện tín hiệu truyền thông ta cần các tín hiệu thích hợp có thể là tín hiệu tương tự hay tín hiệu số. Sự phân biệt giữa các thông tin và tín hiệu số dẫn tới sự phân biệt xử lý tín hiệu và xử lý thông tin giữa truyền tín hiệu với truyền thông. Có thể sử dụng dạng tín hiệu khác nhau để truyền tải một nguồn thông tin, cũng như một tín hiệu có mang nhiều nguồn thông tin khác nhau. Trong các hệ thống truyền thông công nghiệp hiện đại ta chỉ quan tâm tới truyền tín hiệu số, hay nói cách khác là truyền dữ liệu. Các chuẩn giao tiếp hệ thống này là các chuẩn giao tiếp số. Mã hoá, giải mã Hệ thống truyền dẫn tín hiệu Mã hoá, giải mã Đối tác truyền thông Đối tác truyền thông Hình 3.12: Nguyên tắc cơ bản của truyền thông 3.1.10.2. Các phương thức truyền thông: - Điểm đối điểm: Point-to-Point Interface (PPI) (Đối với S7-200) Đa điểm: Multi Point Interface (MPI) (Đối với S7-300) - PROFIBUS (Process Field Bus) - Ethernet - ASI (Actuator Sensor Interface) - Internet 3.1.10.2.1. Phương thức PPI: PPI là phương thức chủ tớ. Các thiết bị chủ (CPU, thiết bị lập trình,…) gửi yêu cầu đến các trạm và các trạm trả lời. Các trạm không bao giờ tự gửi thông tin lên mạng mà chỉ chờ nhận các yêu cầu của các thiết bị chủ để trả lời. 3.1.10.2.2. Phương thức MPI: MPI có thể là phương thức chủ/tớ hay chủ/chủ. Cách thức hoạt động phụ thuộc vào loại thiết bị. Nếu thiết bị đích là CPU S7-300 thì MPI tự động trở thành chủ/chủ vì các CPU S7-300 là các thiết bị chủ trong mạng. Nếu thiết bị đích là CPU S7-200 thì MPI lại là chủ/tớ vì các CPU S7-200 lúc đó được coi như là trạm. Khi hai thiết bị trong mạng kết nối nhau bằng phương thức MPI, chúng tạo nên một liên kết riêng, không thiết bị chủ khác nào có thể can thiệp vào liên kết này. Thiết bị chủ trong hai thiết bị kết nối thường giữ mối liên kết đó trong một khoảng thời gian ngắn hoặc huỷ liên kết vô thời hạn (giải phóng đường truyền). Mạng MPI có giá thành thấp, được ứng dụng với số lượng đối tác truyền thông ít (tối đa 32 trạm), lượng dữ liệu nhỏ. Phương thức truy cập MPI sử dụng phương thức truy cập Token-Passing. Token là một bức điện ngắn không mang dữ liệu, có cấu trúc đặc biệt với các bức điện mang thông tin nguồn, được dùng tương tự như một chìa khoá. Một trạm được quyền truy cập bus và gửi thông tin đi chỉ trong thời gian nó được giữ Token. Môi trường truyền dẫn MPI sử dụng cáp hai dây. Chiều dài tối đa của cáp cho một đoạn bus là 50m. Sử dụng bộ lặp RS-485 làm tăng chiều dài tối đa lên đến 1100m. Tốc độ truyền thường là 187.5 Kbit/s. 3.1.10.2.3. Phương thức PROFIBUS: Phương thức PROFIBUS được thiết kế cho việc truyền tốc độ cao với các thiết bị phân phối vào ra, thường cũng được gọi là các đầu vào/ra từ xa. Mạng PROFIBUS thường bao gồm một thiết bị chủ và nhiều trạm vào/ra. Thiết bị chủ được đặt cấu hình để nhận biết loại cũng như địa chỉ của các trạm nối vào nó.Sau đó nó tự kiểm tra các trạm theo cấu hình được đặt. Thiết bị chủ ghi vào các trạm và đọc dữ liệu từ đó một cách liên tục. Nói chung, mỗi thiết bị chủ thường làm chủ thiết bị của mình, các thiết bị chủ khác trên mạng (nếu có) chỉ có thể truy cập rất hạn chế vào các trạm không phải của chúng. 3.1.10.2.4. Mạng AS-I: AS-I (Actuator Sensor Interface) là kết quả phát triển của 11 hãng sản xuất các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành có tên tuổi trong công nghiệp, trong đó Siemens AG, Festo KG, Pepperl & Fuchs GmbH). Mục đích duy nhất của AS-I là kết nối các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành số với cấp điều khiển. Từ một thực tế là 80% cảm biến và cơ cấu chấp hành trong một hệ thống máy móc làm việc với các biến logic, cho nên việc nối mạng chúng trước hết phải đáp ứng được yêu cầu về giá thành thấp cũng như lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng đơn giản. Vì thế các tính năng kỹ thuật được đặt ra: - Khả năng đồng tải nguồn, tức dữ liệu và dòng nuôi cho toàn bộ cảm biến và một phần lớn các cơ cấu chấp hành phải được truyền tải trên cùng một cáp hai dây. - Phương pháp truyền tải thật bền vững trong môi trường công nghiệp nhưng không đòi hỏi cao về chất lượng đường truyền. - Cho phép thực hiện cấu trúc mạng đường thẳng cũng như hình cây. - Các thành phần giao diện mạng có thể thực hiện với giá cả rất thấp. - Các bộ nối phải nhỏ, gọn, đơn giản và giá cả hợp lý. Hình 3.14: Ví dụ về cấu hình mạng AS_I với bộ điều khiển PLC S7_300 và Module giao diện CP342-2 (Siemens) 3.1.10.2.5. Industrial Ethernet (IE ) Mạng Industrial Ethernet (IEEE 802.3) dựa trên cơ sở Ethernet thường nhưng được thiết kế lại cho sử dụng phù hợp trong môi trường công nghiệp và do tổ chức IEA (Industrial Ethernet Assciation) quản lý. Hình 3. Cấu trúc mạng Ethernet Industrial Ethernet là một mạng dành cho cấp giám sát và cấp trạm của mạng truyền thông giữa các máy tính và những bộ điều khiển logic khả trình nó được sử dụng để truyền dữ liệu với lượng lớn và có thể được sử dụng để truyền qua khoảng cách lớn. 1. Kiến trúc giao thức ISO và TCP/IP được sử dụng trong Industrial Ethernet. 2. Môi trường truyền dẫn Industrial Ethernet dùng cáp đồng trục hoặc cáp đôi dây vặn xoắn công nghiệp, cáp sợi quang bằng thuỷ tinh hoặc nhựa. 3. Phương pháp truy cập bus Phương pháp truy cập là CSMA/CD. 3.1.10.3. Tham số truyền thông: Có 3 yếu tố phải quan tâm trong truyền thông nối tiếp. Tốc độ truyền thông là số bit truyền mỗi giây và độ rộng của bit này. Mức logic nó quy định loại tín hiệu biễu diễn mức logic 1 và 0, thứ tự truyền đi của chúng. Phương pháp đồng bộ dữ liệu cho phép thiết bị nhận hiểu được dữ liệu truyền đến. Dữ liệu truyền qua cổng RS232 được mô tả như sau: Logic 1 Logic 0 Start bit Parity bit Stop bit 0 1 2 3 4 5 6 Chuỗi dữ liệu Hình3.13: Dữ liệu truyền qua cổng RS232 Ta thấy rằng để cần truyền một kí tự, giả sử kí tự A cần 10 bits, bắt đầu bằng 1 bit Start tiếp theo là chuỗi dữ liệu biễu diễn kí tự A và một bit Parity, cuối cùng là một bit Stop. Start bit là một xung có logic 0, thông báo cho bên nhận biết rằng sau đó là một chuỗi bit dữ liệu. Chuỗi bit dữ liệu là chuỗi bit biễu diễn mã ASCII của kí tự cần truyền, chuẩn RS232 cho phép chọn chuỗi dữ liệu có 6, 7 hay 8 bits, với tốc độ truyền trong khoảng 75-19200 baud. Parity bit có mức logic 0 hay 1 cho biết rằng số bit chẳn hay lẻ tuỳ thuộc vào kiểu kiểm tra Parity là chẳn hay lẻ. Stop bit là bit thông báo kết thúc việc truyền một kí tự. Các tốc độ truyền chuẩn là 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600… Tóm lại, tham số truyền thông gồm Start bit, số bit dữ liệu, Stop bit và bit Parity, các tham số này phải được xác định trước tiên khi mở cổng nối tiếp. 3.1.10.4. Truyền thông giữa PLC và PC: Để truyền thông giữa PLC và PC ta phải có cáp nối giữa PLC và PC. Ta dùng cáp nối PC/PPI qua bộ chuyển đổi RS232/RS485. Cơ chế truy xuất dữ liệu của PLC từ PC: + Máy tính đọc dữ liệu từ PLC: Để dọc dữ liệu của PLC máy tính gửi tín hiệu đến PLC yêu cầu PLC truyền dữ liệu đến nó. Khi PLC nhận được yêu cầu gửi dữ liệu từ PC thì nó truyền dữ liệu đến PC. Máy tính nhận dữ liệu từ PLC gử đến và nó sẽ thông báo cho PLC biết là đã nhận được dữ liệu. Bộ chuyển đổi tín hiệu (Card MPI) Hệ điều hành PC Chương trình RS232 RS485 Hệ điều hành PLC Bộ nhớ dữ liệu Chương trình Dữ liệu Đọc Yêu cầu Dữ liệu Đáp ứng Hình 3.14: Mô tả PC đọc thông tin về bộ nhớ và trạng thái hoạt động của PLC + Máy tính gửi dữ liệu đến PLC: Để truyền dữ liệu từ PC đến PLC, PC gửi tín hiệu yêu cầu PLC nhận dữ liệu và nếu PLC đồng ý nhận thì PC sẽ truyền dữ liệu đến PLC. Khi PLC nhận được dữ liệu từ PC truyền đến nó sẽ báo cho PC biết là đã nhận xong. Bộ chuyển đổi tín hiệu (Card MPI) Hệ điều hành PC Chương trình RS232 RS485 Hệ điều hành PLC Bộ nhớ dữ liệu Chương trình Ghi Yêu cầu Đáp ứng Hình 3.15: PC ghi dữ liệu về bộ nhớ và trạng thái hoạt động của PLC + PLC gửi dữ liệu đến máy tính: Trường hợp này thuộc loại truyền thông một chiều từ PLC đến PC. Bộ chuyển đổi tín hiệu (Card MPI) Hệ điều hành PC Chương trình RS232 RS485 Dữ liệu Hệ điều hành PLC Bộ nhớ dữ liệu Chương trình Đọc Dữ liệu Ghi Hình 3.16: PC gửi dữ liệu đến máy tính 3.2. SOẠN THẢO MỘT PROJECT: Khái niệm Project trong Simatic được hiểu là những gì liên quan đến việc thiết kế phần mềm ứng dụng để điều khiển, giám sát một hay nhiều trạm PLC. Trong một Project sẽ có: - Bảng cấu hình cứng về tất cả các module của từng trạm PLC - Bảng tham số xác định chế độ làm việc cho từng module của mỗi trạm PLC - Các logic Block chứa chương trình ứng dụng của tưng trạm PLC - Cấu hình ghép nối và truyền thông giữa các trạm PLC - Các màn hình giao diện phục vụ việc giám sát toàn bộ mạng hoặc giám sát từng trạm PLC của mạng 3.2.1. Xây dựng cấu hình phần cứng cho trạm PLC: Để khai báo một Project, từ màn hình chính của Step7 ta chọn FileàNew hoặc kích chuột tại biểu tượng “New Project/Library”. Khi đó xuất hiện hộp thoại, gõ tên Project rồi ấn phím OK . Khai báo một Project mới Mở một Project đã có Ngoài ra ta còn có thể chọn nơi Project sẽ được cất lên đĩa. Mặc định, nơi cất sẽ là thư mục đã được quy định khi cài đặt Step7, ở đây là thư mục c:\siemens\step7\s7proj. Các Project đã có trong đĩa Nơi Project sẽ được lưu giữ trong đĩa Sau khi khai báo xong một Project mới, trên màn hình sec xuất hiện một Project đó nhưng ở dạng rỗng (chưa có gì trong Project), nhận biết qua biểu tượng thư mục bên cạnh tên Project giống như một thư mục rỗng của Window. Biểu tượng một thư mục rỗng Tiếp theo là xây dựng cấu hình cứng cho một trạm PLC. Điều này không bắt buộc, ta có thể không cần khai báo cấu hình cứng cho trạm mà đi ngay vào phần chương trình ứng dụng. Song kinh nghiệm cho thấy công việc này nên làm vì khi có cấu hình trong Project, lúc bật nguồn PLC, hệ điều hành của S7-300 bao giờ cũng đi kiểm tra các module hiện có trong trạm, so sánh với cấu hình mà ta xây dựng và nếu phát hiện thấy sự không đồng nhất sẽ phát ngay tín hiệu báo ngắt lỗi hoặc thiếu module chứ không cần phải đợi tới khi thực hiện chương trình ứng dụng. Trước hết, ta khai báo cấu hình cứng cho một trạm PLC với Simatic S7-300 bằng cách vào InsertàStationàSimatic 300 Station: Khai báo một trạm PLC S7-300 Trường hợp không muốn khai báo cấu hình cứng mà đi ngay vào chương trình ứng dụng ta có thể chọn thẳng InsertàProgramàS7 Program. Động tác này sẽ hữu ích cho một trạm PLC có nhiều phiên bản chương trình ứng dụng khác nhau. Sau khi đã khai báo một trạm (chèn một station), thư mục Project chuyển sang dạng không rỗng với thư mục con trong nó có tên mặc định là Simatic 300 (1). Thư mục Simatic 300 (1) chứa tệp thông tin về cấu hình cứng của trạm. Tệp chứa thông tin về cấu hình cứng của trạm PLC Để vào màn hình khai báo cấu hình cứng, ta nháy chuột tại biểu tượng Hardware. Step7 giúp việc khai báo cấu hình cứng được đơn giản nhờ bảng danh mục các module của nó. Muốn đưa module nào vào cấu hình ta chỉ cần đánh dấu slot nơi module sẽ được đưa vào rồi nháy kép chuột tại tên của module đó trong bảng danh mục các module kèm theo. 3.2.2. Soạn thảo chương trình trong các khối logic: Sau khi khai báo xong cấu hình cứng cho một trạm PLC và quay trở về cưa sổ chính của Step7 ta sẽ thấy trong thư mục Simatic 300 (1) bây giờ có thêm các thư mục con CPU314, S7 Program (1), Source files, Blocks và tất nhiên có thể tên các thư mục đó. Tham số xác định chế độ làm việc của các module trong trạm vừa soạn thảo nhờ Step7 sẽ nằm trong thư mục System data Tất cả các khối logic (OB, FC, FB, DB) chứa chương trình ứng dụng sẽ nằm trong thư mục Blocks mặc định trong thư mục này đã có sẵn khối OB1. Muốn soạn thảo chương trình cho khối OB1 ta nháy chuột tại biểu tượng OB1 bên nửa cửa sổ bên phải. Trên màn hình sẽ xuất hiện cửa sổ của chế độ soạn thảo chương trình như sau: Phần local block của khối OB1 Phần chú thích của chương trình Để khai báo và soạn thảo chương trình cho các khối OB khác hoặc cho các khối FC, FB hay DB, ta có thể tạo một khối mới ngay trực tiếp từ chương trình soạn thảo bằng cách kích chuột tại biểu tượng New rồi ghi tên khối vào ô tương ứng của cửa sổ hiện ra: Tên khối logic mới hoặc cũng có thể chèn thêm khối mới đó trước từ cửa sổ chính của Step7 bằng phím InsertàS7 Block rồi sau đó mới vào soạn thảo chương trình cho khối vừa được chen thêm như đã làm với khối OB1 vừa rồi. Các bước soạn thảo một khối logic cho chương trình ứng dụng được tóm tắt như sau: - Tạo khối logic hoặc từ cửa sổ màn hình chính của Step7 bằng cách chọn Insert trên thanh công cụ rồi vào S7 Block để chọn lại khối logic mong muốn (OB, FC, FB) hoặc vào chương trình soạn thảo rồi từ đó kích biểu tượng New. - Thiết kế local block cho khối logic vừa tạo - Viết chương trình. 3.3. LÀM VIỆC VỚI PLC: 3.3.1. Mạng đa điểm (Multi Point Interface): MPI là một mạng đa điểm, được tích hợp vào trong mỗi PLC của SIMATIC (Hệ thống SIMATIC S7/M7 và C7). Nó có thể được sử dụng để nối nhiều thiết bị lập trình và những panel điều khiển hoặc PLC SIMATIC Mạng được ứng dụng với số lượng đối tác truyền thông nhỏ, lượng dữ liệu trao đổi nhỏ qua dịch vụ truyền thông cơ bản S7 (S7 basic communication). Hình 3.11: Cấu trúc mạng MPI Mạng MPI có các thông số kĩ thuật sau đây: - Số trạm tham gia cực đại: 32 trạm - Phương pháp truy cập BUS: Token passing - Tốc độ truyền: 19.2 kbit/s, 187.5 kbit/s hoặc 12 Mbit/s - Độ dài cực đại của mạng: 50m với RS485, nếu có bộ lặp là 1100 m, với cáp quang qua OLM >100 kM 3.3.2. Gán địa chỉ cho mỗi trạm trong mạng MPI: Mỗi trạm tham gia vào mạng MPI đều có một địa chỉ riêng và duy nhất. Nó là một thông số quan trong trong các hàm truyền thông SFC hệ thống. Những hàm này sẽ thực hiện việc truyền thông giữa các PLC qua mạng. STEP 7 có hỗ trợ việc khai báo địa chỉ cho mỗi trạm với giá trị mặc định là 2. Muốn thay đổi địa chỉ MPI cho các trạm, ta nháy kép phiếm chuột trái tại tên của module CPU tương ứng trong bảng khai báo cấu hình cứng, để vào chế độ đặt tham số làm việc, trong đó ta lại chọn tiếp GeneralàMPI và sửa lại địa chỉ MPI như hình dưới mô tả. - Sau khi đã định nghĩa lại địa chỉ MPI cho trạm PLC, ta phải ghi lại địa chỉ đó lên module CPU mới thực sự làm việc theo địa chỉ mới này. Công việc ghi địa chỉ mới này lên module CPU được thực hiện cung với việc ghi tất cả tham số quy định chế độ làm việc của module bằng cách kích vào biểu tượng Download trên thanh công cụ hoặc chọn PLCàDownload. Bên cạnh việc ghi cấu hình cứng vừa soạn thảo vào module CPU ta cũng có thể đọc ngược bảng cấu hình cứng hiện có từ module CPU vào Project bằng cách kích chuột vào biểu tượng Upload trên thanh công cụ của màn hình (hoặc chọn PLCàUpload). Với việc đọc ngược cấu hình cứng này ta cũng đọc được luôn cả toàn bộ chương trình hiện có trong Load memory của module CPU vào Project. 3.3.3. Ghi chương trình lên module CPU: Có hai cách đổ chương trình ứng dụng, sau khi đã soạn thảo xong, vào module CPU (cụ thể là vào vùng Load memory) như sau: Đổ từ màn hình soạn thảo chương trình bằng cách kích vào biểu tượng Download trên thanh công cụ của màn hình. Với cách đổ này, chỉ riêng khối chương trình đang ở màn hình soạn thảo sẽ được đổ vào module CPU. - Đổ từ màn hình chính của Step7 cũng bằng cách kích vào biểu tượng Download. Với cách đổ này ta có thể đổ toàn bộ chương trình ứng dụng có trong thư mục Block hoặc đổ những khối mà ta đã đánh dấu. Muốn đổ toàn bộ thư mục Block ta phải kích chuột vào tên thư mục trước, sau đó mới kích vào Download. Trong trương hợp chỉ đổ một số khối, ta đánh dấu những khối sẽ được đổ trước bằng cách giữ phím Ctrl đồng thời kích chuột tại tên của từng khối. Cuối cùng, sau khi đã chọn xong các khối thì kích chuột vào biểu tượng Download. CHƯƠNG 4: TỔNG QUAN HỆ SCADA PHẦN MỀM WINCC 4.1 TỔNG QUAN HỆ SCANDA Hệ SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu, ra đời vào những năm 80 trên cơ sở ứng dụng kỹ thuật tin học, mạng máy tính và truyền thông công nghiệp. Hệ SCADA cho phép liên kết mạng ở nhiều mức độ khác nhau: từ các bộ cảm biến, cơ cấu chấp hành, các bộ điều khiển, các trạm máy tính điều khiển và giám sát, cho đến các trạm máy tính điều hành và quản lý công ty. SCADA là hệ thống điều khiển có đặc thù là có tính phân bố cao về phần chấp hành nhưng lại có tính tập trung về phần điều khiển (phần mềm điều khiển, thu thập, lưu trữ và xử lý số liệu tại trung tâm). Vì vậy nó có thể đáp ứng được yêu cầu của hệ thống đòi hỏi phân bố trên phạm vi địa hình rộng. SCADA là một hệ thống mở nên dễ dàng nâng cấp và mở rộng khi cần thiết. Các chức năng cơ bản của hệ SCADA: - Giám sát (Supervisory): Chức năng này cho phép giám sát liên tục các hoạt động trong hệ thống điều khiển quá trình. Hiển thị các báo cáo tổng kết về quá trình sản xuất, chỉ thị giá trị đo lường,... dưới dạng trang màn hình, trang đồ họa, trang sự kiện, trang báo cáo sản xuất,.… Qua đó nhân viên vận hành có thể thực hiện các thao tác vận hành và can thiệp từ xa đến các hệ thống phía dưới. - Điều khiển (Control): Chức năng này cho phép người điều hành điều khiển các thiết bị và giám sát mệnh lệnh điều khiển. - Thu thập dữ liệu (Data Acquisition): Thu thập dữ liệu qua đường truyền số liệu về quá trình sản xuất, sau đó tổ chức lưu trữ các số liệu như: số liệu sản xuất, chất lượng sản phẩm, sự kiện thao tác, sự cố,... dưới dạng trang ghi chép hệ thống theo một cơ sở dữ liệu nhất định. CÊp qu¶n lý kinh doanh Mạng xí nghiệp CÊp qu¶n lý qu¸ tr×nh Trạm vận hành Bơm PLC Động cơ Van Cảm biến Trạm vận hành Cơ cấu chấp hành Mạng điều khiển CÊp tr­êng Hình 4.1: Cấu hình của một hệ SCADA điển hình 4.2. TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM THIẾT KẾ WINCC 4.2.1. Giới thiệu chung WinCC (Windows Control Center - Trung tâm điều khiển trên nền Windows), cung cấp các công cụ phần mềm để thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như Windows NT và Windows 2000. Trong dòng các sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA với những chức năng hữu hiệu dành cho việc điều khiển. Một trong những đặc điểm của WinCC là đặc tính mở. Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm của người sử dụng, tạo nên giao diện người - 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 như một nền tảng để mở rộng hệ thống. Hình 4.2: Đặc tính mở của phần mềm WinCC WinCC kết hợp các bí quyết của hãng Siemens - công ty hàng đầu trong tự động hoá quá trình và Microsoft - công ty hàng đầu trong việc phát triển 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 như: việc tích hợp với những hệ thống cấp cao MES (Manufacturing Excution System - hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất) 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. 4.2.2. Các đặc điểm chính: 4.2.2.1. Sử dụng công nghệ phần mềm tiên tiến: WinCC sử dụng công nghệ phần mềm mới nhất. Nhờ sự cộng tác của Siemens và Microsoft, người dùng có thể yên tâm với sự phát triển của công nghệ phần mềm mà Microsoft là người dẫn đầu. 4.2.2.2. Hệ thống khách chủ với các chức năng SCADA: Ngay từ hệ thống WinCC cơ sở đã có thể cung cấp tất cả các chức năng để người dùng có thể khởi động các yêu cầu hiển thị phức tạp. Việc gọi những hình ảnh (picture), các cảnh báo (alarm), đồ thị trạng thái (trend), các báo cáo (report) có thể dễ dàng được thiết lập. 4.2.2.3. Có thể nâng cấp mở rộng dễ dàng từ đơn giản đến phức tạp: WinCC là một module trong hệ thống tự động hoá, vì thế, có thể sử dụng nó để mở rộng hệ thống một cách linh hoạt từ đơn giản đến phức tạp từ hệ thống với một máy tính giám sát tới hệ thống nhiều máy giám sát, hay hệ thống có cấu trúc phân tán với nhiều máy chủ (server). Có thể phát triển tuỳ theo lĩnh vực công nghiệp hoặc từng yêu cầu công nghệ. Một loạt các module phần mềm mở rộng định hướng cho từng loại ứng dụng đã được phát triển sẵn để người dùng chọn lựa khi cần. 4.2.2.4. Cơ sở dữ liệu ODBC/SQL đã được tích hợp sẵn: Cơ sở dữ liệu Sysbase SQL đã được tích hợp sẵn trong WinCC. Tất cả các dữ liệu về cấu hình hệ thống và các dữ liệu của quá trình điều khiển đựơc lưu giữ trong cơ sở dữ liệu này. Người dùng có thể dễ dàng truy cập tới cơ sở dữ liệu của WinCC bằng SQL (Structured Query Language) hoặc ODBC (Open Database Connectivity). Sự truy cập này cho phép WinCC chia sẻ dữ liệu với các ứng dụng và cơ sở dữ liệu khác chạy trên nền Windows. 4.2.2.5. Các giao thức chuẩn mạnh (DDE, OLE, ActiveX, OPC): Các giao diện chuẩn như DDE và OLE dùng cho việc chuyển dữ liệu từ các chương trình chạy trên nền Windows cũng là những tính năng của WinCC. Các tính năng như ActiveX control và OPC server và client cũng được tích hợp sẵn. 4.2.2.6. Ngôn ngữ vạn năng: WinCC được phát triển dùng ngôn ngữ lập trình chuẩn ANSI-C. 4.2.2.7. Giao diện lập trình API mở cho việc truy cập tới các hàm của WinCC và dữ liệu: Tất cả các module của WinCC đều có giao diện mở cho giao diện lập trình dùng ngôn ngữ C (C programming interface, C-API). Điều đó có nghĩa là người dùng có thể tích hợp cả cấu hình của WinCC và các hàm thực hiện (runtime) vào một chương trình của người sử dụng. 4.2.2.8. Cài đặt phần mềm với khả năng lựa chọn ngôn ngữ: Phần mềm WinCC được thiết kế trên cơ sở nhiều ngôn ngữ. Nghĩa là, người dùng có thể chọn tiếng Anh, Pháp, Đức hay thậm chí các ngôn ngữ châu á làm ngôn ngữ sử dụng. Các ngôn ngữ này cũng có thể thay đổi trực tuyến. 4.2.2.9. Giao tiếp với hầu hết các loại PLC: WinCC có sẵn các kênh truyền thông để giao tiếp với các loại PLC của Siemens như SIMATIC S5/S7/505 cũng như thông qua các giao thức chung như PROFIBUS DP, DDE hay OPC. Thêm vào đó, các chuẩn thông tin khác cũng có sẵn như là những lựa chọn hay phần bổ sung. 4.2.2.10. WinCC như một phần tử của hệ thống Tự động hoá tích hợp toàn diện (Totally Integrated Automation-TIA): WinCC đóng vai trò như cửa sổ hệ thống và là phần tử trung tâm của hệ. Nó cũng chính là phần tử SCADA trong hệ thống PCS 7 của Siemens. 4.2.3. Các cấu hình hệ thống cơ bản: WinCC có thể hỗ trợ các cấu hình hệ thống từ thấp đến cao, ví dụ như trong các cấu hình như sau: - Hệ thống điều khiển dùng một máy tính (Sing-user system) - Hệ thống điều khiển dùng nhiều máy tính (Multi-user system) - Cấu trúc Client/Server có dự phòng - Cấu trúc hệ thống phân tán với nhiều trạm chủ (server) 4.2.4. Các chức năng SCADA cơ bản: 4.2.4.1. Giao diện người sử dụng: Không phụ thuộc vào các ứng dụng nhỏ hay lớn, đơn giản hay phức tạp, dùng WinCC ta có thể thiết kế ra các giao diện cho người sử dụng để phục vụ cho việc điều khiển và tối ưu hoá quá trình sản xuất. WinCC có một bộ công cụ thiết kế giao diện đồ hoạ mạnh như các Toolbox, các Control, các OCX được đặt dễ dàng trên của sổ thiết kế. Giao diện người sử dụng cho phép hiển thị quá trình hội thoại giữa người điều khiển và quá trình điều khiển một cách linh hoạt và phụ thuộc vào nhu cầu của quá trình điều khiển. Màn hình điều khiển có thể thể hiện quá trình công nghệ một cách toàn cảnh, qui trình công nghệ chính hoặc một cụm công nghệ nào đó cần theo dõi. Tính năng này được hỗ trợ bởi Split Screen Wizard. Các hình ảnh của quá trình điều khiển có thể cấu trúc theo sơ đồ hình cây để có thể theo dõi quá trình một cách tổng thể. Việc chia các hình ảnh này được hỗ trợ bởi Picture Tree Manager một cách tiện lợi. Tại đây ta có thể dùng chuột để di chuyển một hình ảnh từ một ví trí này đến một vị trí khác trên sơ đồ hình cây. WinCC có thể ghi nhớ các giá trị của các biến. Và cũng như vậy, nó cũng có thể ghi nhận ngày tháng, thời gian, người sử dụng, giá trị cũ và mới. Vì thế diễn biến của những quá trình có tính chất kịch tính có thể được tái tạo lại phục vụ cho mục đích phân tích. 4.2.4.2. Quyền truy nhập hệ thống và công tác quản trị người sử dụng: WinCC chỉ cho phép những người được uỷ quyền truy cập vào hệ thống. Có tới 1000 mức truy cập khác nhau cho phép phân chia quyền truy cập và can thiệp vào hệ thống ở mức độ khác nhau. Mật khẩu (password) và tên người sử dụng (user name) xác định quyền truy cập của mỗi người. Điều này cũng có thể được định nghĩa lại trong quá trình vận hành hệ thống. Một công cụ có tên là “User Administrator” (Quản trị người sử dụng) được dùng để thoả mãn mục đích này. Quyền truy cập sẽ hết hiệu lực nếu thời hạn cho phép đã kết thúc. 4.2.4.3. Chuyển đổi ngôn ngữ sử dụng: Một vài ngôn ngữ có thể được xác lập trong quá trình cài đặt để làm ngôn ngữ sử dụng của một dự án. Trong quá trình vận hành, người sử dụng chỉ việc nhấn chuột vào một hộp thoại để thay đổi ngôn ngữ sử dụng. 4.2.5. Các chức năng cơ bản: 4.2.5.1. Hệ thống đồ hoạ (Graphics System): Hệ thống đồ hoạ của WinCC xử lý tất cả các đầu vào và đầu ra thể hiện trên màn hình trong quá trình vận hành. Khả năng hiển thị thông tin điều khiển dưới dạng đồ hoạ được thực hiện bởi một module chương trình có tên gọi là Graphics Designer. Công cụ này có thể cung cấp các công cụ có sẵn như: Các hình vẽ của các phần tử tiêu biểu (như bơm, van, động cơ, silô...) Các phím, hộp thoại, thanh trượt... Các màn hình ứng dụng và màn hình hiển thị Các đối tượng OLE, ActiveX Các trường vào, ra Các thanh trạng thái và các hiển thị theo nhóm. Các đối tượng đã được thay đổi để phù hợp với nhu cầu của người sử dụng. Người xây dựng hệ thống có thể thể hiện qui trình công nghệ mà mình điều khiển bằng đồ họa. Việc định nghĩa các tính chất cơ bản của các đồ hoạ như: hình dáng hình học, màu sắc, kiểu hoa văn,... có thể được thực hiện dễ dàng bằng cách sử dụng các công cụ thiết kế đồ hoạ có sẵn. 4.2.5.2. Hệ thống thông báo (Message System): Hệ thống thông báo của WinCC cung cấp thông tin đầy đủ về các lỗi và trạng thái nói chung trong quá trình hoạt động. Nó thể hiện các thông báo lúc hiện tại cũng như trong quá khứ. Các thông báo này giúp người vận hành sớm phát hiện ra các sự cố để khắc phục kịp thời, tránh được các sự cố. Ta có thể tự do lựa chọn các khối thông báo, các thứ hạng thông báo, các dạng thông báo, các kiểu hiển thị thông báo. Một thông báo gồm các khối thông báo có chứa các giá trị của quá trình. Mỗi thông báo được sắp đặt tại một tệp tin (file) bao gồm 16 thứ hạng thông báo (message classes) và 16 loại thông báo (message type) cho mỗi thứ hạng thông báo. Điều đó có nghĩa là: có thể phân biệt các thông báo thuộc loại cảnh báo, nhắc nhở, báo lỗi, hoạt động sai chức năng,... cho các vùng khác nhau của hệ thống. 4.2.5.3. Chức năng thu thập dữ liệu (Tag Logging): Chức năng này được sử dụng để thu thập các dữ liệu của quá trình công nghệ để hiển thị chúng và lưu trữ. Ta có thể tự do định dạng các dữ liệu khi lưu trữ chúng. Các giá trị của quá trình được thể hiện bằng bảng trực tuyến (Online Table) và đồ thị. Trong việc này Tag Logging Editor cho phép ta thu thập dữ liệu và biểu diễn theo cách mà ta muốn. Các phương pháp thu thập và lưu trữ dữ liệu: - Liên tục theo chu kỳ (Cyclical logging): các giá trị được thu thập một cách liên tục theo chu kỳ và trong trật tự thời gian. - Theo chu kỳ chọn lựa (selective logging): quá trình thu thập dữ liệu chỉ bắt đầu khi xảy ra một sự kiện nào đó và kết thúc khi sự kiện đó chấm dứt. Ví dụ, quá trình thu thập dữ liệu sẽ tiến hành khi có những sự kiện sau: + Thay đổi giá trị của một biến nhị phân + Giá trị của một biến tương tự vượt quá một ngưỡng cho trước + Tại một điểm thời gian định trước + Tác động của bàn phím hoặc chuột + Có lệnh của hệ thống máy tính cấp cao hơn - Không theo chu kỳ (acyclical logging): sự kiện bắt đầu phụ thuộc vào một hay nhiều bit. Quá trình thu thập dữ liệu bắt đầu khi các bit này chuyển từ 0 sang 1 hay ngược lại. - Chỉ khi có sự thay đổi (archiving only when changed): hệ thống chỉ lưu trữ dữ liệu khi có sự thay đổi lớn hơn một giá trị đã định trước. Các giá trị của qúa trình có thể lưu trữ trong kho lưu trữ (Process Value Archives) hay kho lưu trữ được nén. Các kho lưu trữ này có thể nằm trên vùng nhớ đệm của bộ nhớ hay chứa trên ổ cứng. Quá trình thu thập và lưu trữ liên tục đòi hỏi người sử dụng định trước kích cỡ của các bản ghi. Nếu bộ nhớ đầy, các giá trị cũ sẽ tự động bị xoá nhường chỗ cho các giá trị mới. 4.2.5.4. Hệ thống báo cáo (Report System): WinCC cung cấp hệ thống báo cáo cho phép ta đưa các dữ liệu ra giấy. Nó in các báo cáo về thứ tự của các thông báo, báo cáo về việc lưu trữ các thông báo, báo cáo về hoạt động của người vận hành, báo cáo về các thông báo của hệ thống, báo cáo của người sử dụng và báo cáo dưới dạng văn bản in với định dạng tuỳ ý. Trước khi gởi các báo cáo ra máy in, các báo cáo có thể được lưu giữ dưới dạng tệp tin, biểu diễn dưới dạng mong muốn. Trạng thái của máy in khi in các báo cáo cũng được thể hiện trực tuyến. Trong công cụ thiết kế các báo cáo (Report Designer), ta có thể qui định dạng thức của báo cáo được in ra, số trang in và lựa chọn máy in. Trong quá trình đó ta cũng có thể qui định chu kỳ in báo cáo ra một cách tự động. Các báo cáo cũng có thể được in ra theo sự kiện hay theo lệnh của người vận hành. Ta có thể gán từng loại báo cáo cho các máy in khác nhau. 4.2.5.5. Chức năng Text Library: Trong Text Library, bạn có thể sửa các văn bản thể hiện sự thay đổi của các module được sử dụng trong lúc chạy chương trình. Các văn bản với những ngôn ngữ khác nhau cũng được định nghĩa tại đây. Những văn bản sau đó xuất ra tương ứng với việc lựa chọn ngôn ngữ lúc chạy chương rình. 4.2.5.6. Hệ thống lưu giữ dữ liệu người dùng (User Archives): User Archiver là một hệ thống cơ sở dữ liệu mà người dùng có thể tự định cấu hình cho nó. Dữ liệu từ quá trình công nghệ có thể được lưu giữ liên tục trên PC và biểu diễn trực tuyến lúc chạy chương trình. Ngoài ra, nó còn chỉ định việc kết nối để trao đổi với các thiết bị tự động khác. Điều này có nghĩa là các công thức, thông số trong chương trình có thể được soạn thảo, lưu giữ và sử dụng trong hệ thống. PHẦN 2: MÔ PHỎNG VÀ LẬP TRÌNH CHƯƠNG 1: MÔ PHỎNG WINCC Các bước tiến hành 1.1.1 Khởi tạo một dự án 1. Khởi động WinCC: Để khởi động WinCC ta kích chuột vào Start trên thanh Taskbar. Chọn Simatic\WinCC\Windows Control Center 2. Tạo một dự án mới: Để tạo một dự án mới ta chọn File\New. Một hộp thoại sẽ mở ra cho phép xây dựng một Project mới. - Chọn Single-User Project\OK: tạo một dự án đơn người sử dụng. - Chọn Multi-User Project\OK: tạo một dự án đa người sử dụng. - Chọn Multi-Client Project\OK: tạo một dự án nhiều khách. Đặt tên Project nhấn Create. Khi đó màn hình WinCC hiện ra như hình 4.3. Hình 4.3: Màn hình giao diện chính của WinCC Kích chuột phải vào biểu tượng có tên Computer để mở hộp thoại thiết lập các thuộc tính của hệ thống khi chạy chương trình cũng như thay đổi các tên của máy tính. 3. Kết nối với PLC: Để khai báo việc kết nối với một PLC mới ta tiến hành theo trình tự sau: - Kích chuột phải vào Tag Management\Add New Driver. Trong hộp thoại hiện ra ta chọn SIMATIC S7 Protcol Suite và kích vào nút Open. - Tạo một kết nối với thiết bị cấp dưới: kích chuột vào SIMATIC S7 Protcol Suite\New Conection\Connection properties. Nhập tên đối tượng kết nối và nhấn OK. 4. Tag và Tag Group: - Tạo Internal tag: Trong Tag management, kích phải chuột vào Internal Tag\New Tag. Xuất hiện hộp thoại Tag Properties cho phép ta nhập tên, kiểu dữ liệu của Tag. - Tạo Tag Group: Kích phải chuột lên kết nối PLC vừa tạo như trên: New Group\Properties Of Tag Group, nhập tên Group sau đó nhấn OK. - Tạo External tag: - Kích phải chuột trên kết nối PLC chọn New Tag\Tag Properties, nhập tên, kiểu dữ liệu của Tag sau đó nhấn OK. - Nhấn nút Select để mở hộp thoại Address Properties sau đó chọn kiểu dữ liệu cho Tag, vùng địa chỉ Tag truy cập . 4.2.6.2. Thiết kế giao diện đồ họa: Trong cửa sổ WinCC Explorer ta kích phải chuột vào Graphics Designer\chọn New Picture, trang giao diện đồ hoạ Newpld0.Pdl sẽ hiện ra trong cửa sổ WinCC Explorer. Để thiết kế đồ hoạ cho bức tranh vừa tạo, ta có thể nhấp Double chuột vào tên bức tranh hoặc kích phải chuột vào tên bức tranh và chọn Open Picture. WinCC hỗ trợ một công cụ mạnh về đồ hoạ, và hỗ trợ một thư viện rất lớn về các thiết bị công nghiệp rất sinh động, ta có thể chọn và đem ra sử dụng nó một cách dễ dàng. 4.2.7. Truyền Thông Trong Môi Trường WinCC: 4.2.7.1. Bản chất truyền thông giữa máy tính (PC) và PLC: Bản chất của quá trình này được thể hiện như sơ đồ sau đây: Hình 4.10: Bản chất của quá trình truyền thông trong WinCC Trong đó : Data Manager (Trình quản trị dữ liệu): WinCC Data Manager quản lý dữ liệu (Database). Người sử dụng không thấy được trình quản lý dữ liệu này. Trình quản lý dữ liệu làm việc với dữ liệu được sinh ra từ WinCC Project và được cất trong cơ sở dữ liêïu của Project. Nó quản lý các biến WinCC trong lúc chạy chương trình. Tất cả các người sử dụng WinCC phải yêu cầu dữ liệu từ trình quản lý dữ liệu ở các dạng biến WinCC. Các ứng dụng này gồm Graphic Runtime, Alarm Logging Runtime và Tag Logging Runtime. 2. Các trình điều khiển truyền thông (Communication driver): Để cho WinCC truyền thông với các kiểu PLC khác, người sử dụng phải nối trình quản lý dữ liệu với PLC. Trình điều khiển truyền thông gồm một C++DLL, mà truyền thông giao tiếp với trình quản lý dữ liệu (gọi là kênh API). Trình điều khiển truyền thông cung cấp các giá trị quá trình cho WinCC Tag. 3. Đơn vị kênh (Channel Unit): Ngõ vào Communication Driver trong Tag Managerment chứa ít nhất một Sub-Entry. Sub-Entry của Communication Driver này gọi là đợn vị kênh. Mỗi đơn vị tạo nên giao tiếp với một Hardware và như vậy với Modul truyền thông của PC. Người ta phải định nghĩa đơn vị kênh. Modul truyền thông này được gán trong hộp thoại System Parameters. Hộp này được mở bằng cách click chuột phải vào đơn vị kênh tương ứng và chọn System Parameter từ Menu hiện lên. Sự xuất hiện của hộp thoại phụ thuộc vào trình điều khiển truyền thông được chọn. Tuy nhiên có thể thêm các thông số truyền thông nếu cần. Hardware driver: Driver kết nối phần cứng. Communication Processor (CP): Bộ xử lý truyền thông. 5. PLC: thiết bị PLC Quá trình truyền thông này có thể được mô tả như sau: WinCC Data Manager quản lý các WinCC Tag khi thực thi. Nhiều ứng dụng WinCC khác nhau (trên WinCC Application) yêu cầu các giá trị từ Data Manager. Công việc của Data Manager nhận các tag yêu cầu từ quá trình. Nó thực hiện việc này thông qua trình điều khiển truyền thông đã được tích hợp trong WinCC Project. Trình điều khiển truyền thông tạo nên giao tiếp giữa WinCC và quá trình bằng cách sử dụng đơn vị kênh của nó. Trong phần lớn các trường hợp, kết nối dựa trên Hardware đến quá trình được cài đặt bằng cách sử dụng một CP. Trình điều khiển truyền thông WinCC sử dụng các CP để gởi thông điệp yêu cầu đến PLC. Tiếp đến CP gửi các giá trị quá trình được yêu cầu từ các thông điệp tương ứng về lại WinCC. 4.2.7.2. Thiết lập cấu hình truyền thông: 4.2.7.2.1. Hàm truyền thông cơ bản: - Kiểu dữ liệu của WinCC + Binary Tag: kiểu nhị phân + Unsigned 8 Bit Value: Kiểu nguyên 8 Bit không dấu + Signed 8 Bit Value: Kiểu nguyên 8 Bit có dấu + Unsigned 16 Bit Value: Kiểu nguyên 16 Bit không dấu + Signed 16 Bit Value: Kiểu nguyên 16 Bit có dấu + Unsigned 32 Bit Value: Kiểu nguyên 32 Bit không dấu + Signed 32 Bit Value: Kiểu nguyên 32 Bit có dấu + Floating Point Number 32 Bit IEEE 754: Kiểu số thực 32 Bit theo tiêu chuẩn IEEE 754 + Floating Point Number 64 Bit IEEE 754: Kiểu số thực 64 Bit theo tiêu chuẩn IEEE 754 + Text Tag 8 Bit Character Set: Kiểu ký tự 8 Bit + Text Tag 16 Bit Character Set: Kiểu ký tự 16 Bit + Raw Data Type: Kiểu dữ liệu thô - Gửi dữ liệu từ WinCC xuống ô nhớ PLC : Cấu trúc: (Giá trị trả về) SetTagXXX (“tên biến ngoại”, giá trị ) Giải thích : + Giá trị trả về: Là kiểu BOOL. Nếu quá trình gửi thành công thì giá trị trả về là TRUE, còn ngược lại thì giá trị trả về là FALSE. + XXX: Là Bit, Byte, Word. + Nếu XXX là Bit thì “giá trị” là 0 hoặc 1. + Nếu XXX là Byte thì “giá trị” là byte. + Nếu XXX là word thì “giá trị” là Word. - Lấy dữ liệu từ ô nhớ PLC lên biến ngoại nào đó trên WinCC: Cấu trúc: (Giá trị trả về) GetTagXXX(“tên biến ngoại”) Giải thích : + XXX: là Bit, Byte, Word. Nếu XXX là Bit thì giá trị trở về là 0 hoặc 1 Nếu XXX là Byte thì giá trị trở về là Byte Nếu XXX là Word thì giá trị trở về là Word + Tên biến ngoại: Là biến được gán tương ứng với ô nhớ nhất định của PLC được thiết lập ở Tag Management. 4.2.7.2.2. Thiết lập cấu hình truyền thông: Khi thiết lập chương trình thì người lập trình cần khai báo tên máy tính của mình, chế độ hoạt động của chương trình là chạy trên một máy hay nhiều máy, các chế độ khác khi chạy chương trình, lựa chọn ngôn ngữ sử dụng,… Để thiết lập cấu hình ta cần tiến hành theo các bước sau đây: Thiết lập dữ liệu truyền thông: Vào Tag Management / Add New Driver, chọn Driver là Simatic S7 Protocol Suite. Sau đó ta chọn cấu hình mạng MPI / New Driver Connection là wincc-plc. Tiếp theo chọn các New Group, nhập tên là NHOM-DIEU-KHIEN, NHOM-LAM-VIEC, NHOM-DAU-VAO, NHOM-CAM-BIEN. Chọn lần lượt các Tag như liệt kê ở hình ảnh sau: