Thiết kế điều khiển giám sát cho hệ thống rót, đóng nắp chai và đóng thùng nước giải khát sử dụng Simatic S7-300 và WinCC

trình chạy nếu có tín hiệu I0.1 thì Timer dừng Q0.0 =1 khi Timer đang chạy. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 20 Các ô nhớ MW100 và MW102 lưu giá trị hiện thời của Timer theo dạng Integer và dạng BCD Lệnh S_ODT: Nếu I0.0=1 Timer bắt đầu chạy khi đủ thời gian thì ngưng khi đó ngõ Q0.0 sẽ lên 1 nếu I0.0 vẫn còn giữ trạng thái 1,khi có tín hiệu I0.1 thì tất cả phải được Reset về 0. Các ô nhớ MW100 và MW102 lưu giá trị hiện thời của Timer theo dạng Integer và dạng BCD Lệnh S_ODTS: Timer kích có nhớ,khi có xung cạnh lên ở I0.0 Timer bắt đầu chạy ,ngõ ra Q0.0=1 khi Timer ngưng và chỉ tắt khi có tín hiệu Reset (tín hiệu I0.1) Trong quá trình Timer chạy nếu có sự chuyển đổi tín hiệu từ chân I0.0 thêm 1 lần nữa thì Timer sẽ nhớ và tiếp tục chạy khi hết thời gian lần trước. Số Timer trong S7_300 phụ thuộc vào loại CPU. CPU 312: có 128 Timer CPU 313 trở lên: có 256 Timer. Có 2 cách cài đặt giá trị cho Timer: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 21 1/ Cài thông số thời gian trực tiếp: Để cài giá trị trực tiếp cho Timer ta phải thêm kí tự S5T# trước giá trị đặt. Các kí tự kế tiếp là thông số thời gian muốn cài đặt cho Timer. 2/ Cài đặt thông số thời gian thông qua biến nhớ: Giá trị cài đặt cho timer thông qua một biến kiểu WORD 16 bits: 2.3.3 Bộ đếmCounter: Lệnh đếm lên xuống S_CUD: Ngõ vào I0.2=1 : đưa giá trị đếm vào PV Khi I0.0 chuyển trạng thái từ 0 lên 1 ,C0 đếm tăng lên 1 Khi I0.1 chuyển trạng thái từ 0 lên 1 ,C0 đếm giảm xuống 1 Khi cả I0.0 và I0.1 đều chuyển trạng thái thì C0 không thay đổi Khi I0.3=1 thì C0 bị Reset về 0 Giá trị bộ đếm hiện thời nằm trong 2 ô nhớ MW100 và MW102 dưới dạng Integer và dạng BCD ,giá trị này có tầm từ 0 – 999. Ngõ ra Q0.0=1 khi giá trị đếm lớn hơn 0 Lệnh đếm lên S_CU: Ngõ vào I0.1=1 : đưa giá trị đếm vào PV Khi I0.0 chuyển trạng thái từ 0 sang 1 , C0 đếm tăng lên 1 Khi I0.2 = 1 Counter bị Reset Ngõ ra Q0.0=1 khi giá trị đếm lớn hơn 0 Giá trị bộ đếm hiện thời nằm trong 2 ô nhớ MW100 và MW102 dưới dạng Integer và dạng BCD ,giá trị này có tầm từ 0 – 999. Ngõ ra Q0.0=1 khi giá trị đếm lớn hơn 0 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 22 Lệnh đếm xuống S_CD: Ngõ vào I0.1=1 : đưa giá trị đếm vào PV Khi I0.0 chuyển trạng thái từ 1 sang 0 , C0 giảm đi 1 Khi I0.2 = 1 Counter bị Reset Ngõ ra Q0.0=1 khi giá trị đếm lớn hơn 0 Giá trị bộ đếm hiện thời nằm trong 2 ô nhớ MW100 và MW102 dưới dạng Integer và dạng BCD ,giá trị này có tầm từ 0 – 999. Ngõ ra Q0.0=1 khi giá trị đếm lớn hơn 0 2.3.4 Lệnh so sánh: Lệnh so sánh số nguyên: Lệnh EQ_I(Equal Integer): so sánh MW100 và MW102, nếu hai số nguyên này bằng nhau thì KT=KQ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 23 Lệnh NE_I ( Not Equal Integer) : So sánh MW100 và MW102,nếu 2 số này khác nhau thì KQ=KT Lệnh GT_I ( Greater than Integer) : So sánh 2 số MW100 và MW102 ,nếu MW100 lớn hơn MW102 thì KQ=KT Lệnh GE_I ( Greater than or equal Integer ) : So sánh 2 số MW100 và MW102, Nếu MW100 lớn hơn hoặc bằng MW102 thì KQ=KT Lệnh LE_I ( Less than or equal Integer ) : So sánh 2 số MW100 và MW102, Nếu MW100 bé hơn hoặc bằng MW102 thì KQ=KT Lệnh so sánh hai số Double Interger và hai số thực Real tương tự như trên. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 24 2.3.5 Các lệnh về số học: Phép Toán trên số nguyên 16 Bit: Lệnh ADD_I : Lệnh thực hiện việc cộng 2 số nguyên 16 Bit ,kết quả cất vào số nguyên 16 Bit,nếu kết quả vượt quá 16 Bit thì cờ OV sẽ bật lên 1 ,cờ OS sẽ lưu Bit bị tràn đó. MW104 = MW100 + MW102 Lệnh SUB_I : Lệnh thực hiện việc trừ 2 số nguyên 16 Bit ,kết quả cất vào số nguyên 16 Bit , nếu kết quả vượt quá 16 Bit thì cờ OV sẽ bật lên 1 ,cờ OS sẽ lưu Bit bị tràn đó. MW104 = MW100 - MW102 Lệnh MUL_I : : Lệnh thực hiện việc nhân 2 số nguyên 16 Bit ,kết quả cất vào số nguyên 16 Bit , nếu kết quả vượt quá 16 Bit thì cờ OV sẽ bật lên 1 ,cờ OS sẽ lưu Bit bị tràn đó. MW104 = MW100 * MW102 Lệnh DIV_I : : Lệnh thực hiện việc chia 2 số nguyên 16 Bit ,kết quả cất vào số nguyên 16 Bit , nếu kết quả vượt quá 16 Bit thì cờ OV sẽ bật lên 1 ,cờ OS sẽ lưu Bit bị tràn đó. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 25 MW104 = MW100 : MW102 Phép Toán trên số nguyên 32 Bit và số thực 32 Bit tương tự. 2.3.6 Lệnh Di chuyển : Lệnh MOV : Lệnh đưa giá trị một ô nhớ sang 1 ô nhớ khác,lệnh này có thể áp dụng cho mọi kiểu số khác nhau.( Int,Dint,Real,Byte….) 2.3.7 Lệnh dịch bit: Lệnh SHR_W: Lệnh thực hiện việc dịch phải ô nhớ 16 Bit, kết quả cất vào ô nhớ 16 Bit, N là số Bit dịch. Ô nhớ này được định dạng theo kiểu Word. Lệnh SHL_W: Lệnh thực hiện việc dịch trái ô nhớ16Bit, kết quả cất vào ô nhớ 16 Bit,N là số Bit dịch. Ô nhớ này được định dạng theo kiểu Word. Các lệnh dịch phải, dịch trái ô nhớ 32 Bit tương tự. Ngoài ra còn rất nhiều lệnh trong S7-300 nhưng ta chỉ nghiên cứu những lệnh cần thiết dùng trong phần lập trình về sau. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 26 CHƯƠNG III TỔNG QUAN VỀ WINCC Thông thường một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) yêu cầu một phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục vụ việc sử lý và lưu trữ dữ liệu. Phần mềmWinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng cho mục đích này. 3.1 Khái niệm. WinCC là một trong các chương trình ứng dụng Scada trong lĩnh vực dân dụng và công nghiệp. WinCC được dùng để điều hành các màn hình hiện thị và hệ thống điều khiển trong tự động hóa sản xuất và quá trình. WinCC là chữ viết tắt của Window Control Center, là một phần mền của hãng Siemens dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất. Theo nghĩa hẹp, WinCC là chương trình hỗ trợ cho người lập trình thiết kế giao diện Người và Máy– HMI (Human Machine Interface) trong hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức năng chính là thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất. Những thành phần có trong WinCC dễ sử dụng, giúp người dùng tích hợp những ứng dụng mới hoặc có sẵn mà không gặp bất kỳ trở ngại nào. Với WinCC, người dùng có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều PLC của các hãng khác nhau như Misubishi, Allen Braddly, Siemens,v.v…thông qua cổng COM với chuẩn RS – 232 của máy tính với chuẩn RS – 485 của PLC. Khi sử dụng WinCC để thiết kế giao diện điều khiển Người – Máy (HMI) và mạng SCADA, WinCC sử dụng các chức năng sau: o Graphics Designer: thực hiện dễ dàng các chức năng mô phỏng và hoạt động qua các đối tượng đồ họa của WinCC, Windows, OLE, I/O,… với nhiều thuộc tính động (Dynamic). o Alarm Logging: thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các báo cáo trong khi hệ thống vận hành. Đảm trách về các thông báo nhận được và lưu trữ, để chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng. Ngoài ra, Alarm Logging còn giúp ta tìm nguyên nhân của lỗi. o Tag Logging: Thu thập, lưu trữ và nén các giá trị đo dưới nhiều dạng khác nhau. Tag Logging cho phép lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi, chuẩn bị để hiện thị và lưu trữ dữ liệu đó. Dữ liệu có thể cung cấp các tiêu chuẩn về công nghệ và kỹ thuật quan trọng liên quan đến trạng thái hoạt động của toàn hệ thống. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 27 o Report Designer: có nhiệm vụ tạo các thông báo, báo cáo và các kết quả này được lưu dưới dạng các trang nhật ký sự kiện. WinCC có thể tạo một giao diện Người – Máy (HMI) dựa trên cơ sở giao tiếp giữa con người và hệ thống máy , thiết bị điều khiển ( PLC, CNC,…) thông qua các hình ảnh, sơ đồ, hình vẽ hoặc câu chữ có tính trực quan hơn. Có thể giúp người vận hành theo dõi được quá trình làm việc, thay đổi các tham số, công thức hoặc quá trình hoạt động, hiển thị các giá trị hiện thời cũng như giao tiếp với quá trình công nghệ thông qua các hệ thống tự động. Giao diện HMI cho phép người vận hành giám sát các quy trình sản xuất và cảnh báo, báo động hệ thống khi có sự cố. Do đó, WinCC là chương trình thiết kế giao diện Người – Máy thật sự cần thiết, không thể thiếu trong các hệ thống co quá trình tự động hóa phức tạp và hiện đại. Từ máy tính trung tâm, có thể điều khiển sự hoạt động toàn bộ dây chuyền sản xuất được lập trình trên WinCC, ta có thể giám sát tất cả các thiết bị trên dây chuyền. Dựa vào giao diện HMI, có thể giám sát và thu thập dữ liệu vào ra (I/O) một cách chính xác, hỗ trợ các phương thức xử lí dữ liệu, tổ chức số liệu một cách linh hoạt thông qua kiểu lập trình bằng ngôn ngữ C. Ngoài ra, sự kết hợp giữa chương trình WinCC và các công cụ phát triển riêng như: Visual C++ hoặc Visual Basic sẽ tạo ra hệ thống có tính đặc thù cao, tinh vi, gắn riêng với một cấu hình cụ thể nào đó. WinCC V7.0 SP3 hỗ trợ các OS sau: Windows Server 2003 SP2 Windows Server 2003 R2 SP2 Windows Server 2008 SP2 (32-Bit) Windows XP Professional SP3 Windows XP embedded with SQL Server Express Edition Windows 7 (Professional / Enterprise / Ultimate) 32-Bit ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 28 3.2 Các bước cài đặt WinCC V7.0 trên máy tính: 1. Chạy WinCC_V70_SP3.exe, Bấm next để tiếp tục cài đặt. 2. Đồng ý thỏa thuận sữ dụng chương trình và bấm next. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 29 3. Chọn nơi giải nén chương trình để cài đặt. 4. Chờ cho chương trình giải nén file cài đặt. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 30 5. Chọn ngôn ngữ khi cài đặt chương trình: 6. Bấm next. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 31 7. Đọc thông báo, bấm next. 8. Đồng ý thỏa thuận sữ dụng phần mềm. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 32 9. Chọn ngôn ngữ của chương trình. 10. Chọn phương án và ổ đĩa cài đặt. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 33 11. Tùy chọn thành phần muốn cài đặt. 12. Chờ cho máy cài đặt xong là hoàn thành. Khi đó ta có Icon chương trình WinCC trên màn hình Desktop như sau: Các bước tạo một dự án trên WinCC: 1. Khởi động Wincc. 2. Tạo một Project mới. 3. Bổ xung thiết bị PLC. 4. Định nghĩa các Tag sử dụng. 5. Tạo và soạn thảo một giao diện người dùng. 6. Cài đặt thông số cho Runtime. 7. Chạy chương trình Active. 8. Sử dụng chương trình mô phỏng WinCC Variable Simulator hoặc PLCSIM. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 34 Hình 3.1: Giao diện làm việc của WinCC 3.3 Các thành phần chính của cửa sổ dự án - Máy tính (Computer): Quản lý tất cả các trạm (WorkStation) và trạm chủ (Server) nằm trong Project. - Quản lý tag (Tag Managerment): Là khu vực quản lý tất cả các kênh, các quan hệ Logic, các tag (biến) quá trình (Tag process), tag (biến) trung gian trong PLC (Tag Internal) và nhóm các nhóm tag (Tag Groups). - Loại dữ liệu (Data Types):Chứa các loại dữ liệu được gán cho các Tag và các kênh khác nhau. - Các trình soạn thảo Editor :Các trình soạn thảo được liệt kê trong vùng này dùng để soạn thảo và điều khiển một dự án hoàn chỉnh , chức năng các bộ soạn thảo cho như bảng sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 35 Bảng 3.1 Các bộ soạn thảo trong trung tâm điều khiển ( Control Center) Chương trình soạn thảo Giải thích Alarm Logging (Báo động) Nhận các thông báo từ các quá trình để chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ các thông báo này User Administrator (Quản lí người dùng) Cho phép các nhóm và người sử dụng điều khiển truy nhập. Text Library (Thư viện văn bản) Chứa các văn bản tùy thuộc ngôn ngữ do người dùng tạo ra. Report Designer (Báo cáo) Cung cấp hệ thống báo cáo được tích hợp có thể sử dụng để báo cáo dữ liệu, các giá trị, thông báo hiện hành và đã lưu trữ, hệ thống tài liệu của chính người sử dụng. Global Script (Viết chương trình) Cho phép tạo các dự án động tùy thuộc vào từng yêu cầu đặc biệt. Bộ soạn thảo này cho phép tạo các hàm và các thao tác có thể được sử dụng trong một hay nhiều dự án tùy theo kiểu của chúng. Tag Logging (Hiển thị giá trị xử lí) Xử lý các giá trị đo lường và lưu 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. Tất cả các Modul này đều thuộc hệ thống WinCC nhưng nếu không cần thiết thì không nhất thiết phải cài đặt hết. Tag (Biến) Tags WinCC là phần tử trung tâm để truy nhập các giá trị quá trình. Trong một dự án, chúng nhận một tên và một kiểu dữ liệu duy nhất. Kết nối logic sẽ được gán với WinCC. Kết nối này xác định rằng kênh nào sẽ chuyển giao giá trị quá trình cho các biến. Các biến được lưu 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 được nạp và cấu trúc Run – time tương ứng được thiết lập. Mỗi biến được lưu trữ trong quản lí dữ liệu theo một kiểu dữ liệu chuẩn. WinCC làm việc với 3 loại Tag: - Tag nội (Internal Tag): ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 36 Là Tag không được kết nối với quá trình dùng để quản lý dữ liệu bên trong 1 project. - Tag quá trình (Process Tag): Là Tag được dùng để trao đổi dữ liệu giữa WinCC và quá trình tự động. Thuộc tính của Tag phụ thuộc vào driver sử dụng. - Tag hệ thống (System Tag): Bắt đầu với ký tự @, dùng để quản lý Project, không thể xóa hay chỉnh sửa System Tag. Ví dụ : @RM_MASTER, @RM_MASTER_NAME… WinCC quản lý các tag này theo 2 kiểu: - Kiểu nhóm (Tag group) - Kiểu cấu trúc (Structure Type) Nhóm biến chứa tất cả các biến có kết nối logic lẫn nhau. Các kiểu dữ liệu Biến phải gán một trong các kiểu dữ liệu sau cho mỗi biến được định cấu hình. Việc gán kiểu dữ liệu cho biến được thực hiện trong khi tạo một biến mới. Kiểu dữ liệu của một biến độc lập với kiểu biến ( Biến nội hay biến quá trình). Trong WinCC, một kiểu dữ liệu nào đó cũng đều có thể được chuyển đổi thành kiểu khác bằng cách điều chỉnh lại dạng. Các kiểu dữ liệu ( Data Types) có trong WinCC:  Binary Tag: kiểu nhị phân.  Signed 8 – Bit Value: kiểu 8 bit có dấu.  Unsigned 8 – Bit Value: kiểu 8 bit không dấu.  Signed 16 – Bit Value: kiểu 16 bit có dấu.  Unsigned 16 – Bit Value: kiểu 16 bit không dấu.  Signed 32 – Bit Value: kiểu 32 bit có dấu.  Unsigned 32 – Bit Value: kiểu 32 bit không 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. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 37 CHƯƠNG IV XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG CHIẾT NƯỚC, DẬP NẮP VÀ ĐÓNG THÙNG 4.1 Giới thiệu quy trình công nghệ: Sau khi tìm hiểu công nghệ các dây chuyền sản xuất nước uống đóng chai kết hợp với kiến thức về S7-300 và WinCC, em đưa ra phương án thiết kế mô phỏng hệ thống máy chiết rót, đóng nắp và đóng thùng với các đặc điểm kỹ thuật như sau: Giao diện mô phỏng trện WinCC gồm 3 Graphics: Welcome: Chứa thông tin giới thiệu về đồ án, giáo viên hướng dẫn, sinh viên thực hiện. Ngoài ra còn có 2 nút nhấn vào và thoát Runtime. Fill: Đây là graphics mô phỏng quá trình chiết rót, đóng nắp, phân loại chai cùng các nút điều khiển, màn hình hiển thị số lượng… Package : Mô phỏng quá trình đóng chai vào thùng carton. Giao diện này chỉ hoạt động khi dây chuyền đóng chai hoạt động. Chương trình mô phỏng sẽ chạy với PLC-Simulator thay cho hệ thống phần cứng PLC thực tế. Các ngõ vào trên thực tế được thay bằng Bit nội trong chương trình S7-300. Hệ thống hoạt động hoàn toàn ở chế độ tự động. Người vận hành có thể khởi động hệ thống trực tiếp từ bàn điều khiển hoặc có thể khởi động từ giao diện giám sát trên máy tính. Quá trình hoạt động của hệ thống là liên tục từ khi nhấn nút ‘‘START“ cho đến khi người điều khiển nhấn nút ‘‘STOP“ hoặc ‘‘EXIT“. Các chuyển động trong mô hình được viết bằng ngôn ngữ C-Sript. Các cảm biến hoạt động giống như trong thực tế, khi vật thể đi vào vùng quét của cảm biến thì cảm biến sẽ tác động rồi gửi tín hiệu về chương trình PLC. Để đáp ứng yêu cầu thực tế, hệ thống có phân quyền người quản trị, một số chức năng trong mô hình có thể bị giới hạn khi chưa đăng nhập. 4.1.1 Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai: Mô hình gồm các thành phần chính và chức năng từng thành phần: - Băng tải 1: vận chuyển chai rỗng từ nơi cấp chai đến hệ thống kiểm tra, chiết rót và đóng nắp - Băng tải 2: vận chuyển chai sau khi đã đóng hoàn chỉnh sang hệ thống đóng thùng. - Băng tải 3: vận chuyển chai bị lỗi để đưa về dây chuyền tai chế. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 38 - Sensor 1: nhận diện có chai đi vào dây chuyền, nhiệm vụ chính của sensor này là phát tín hiệu dịch chuyển bit trong chương trình S7-300. - Camera: kiểm tra khuyết tật chai để đưa đi tái chế. - Sensor 2: đếm số chai thành phẩm trước khi vào bộ phận đóng gói. - Bộ phận chiết nước vào chai. - Bộ phận dập nắp - Bộ phận gạt chai khuyết tật về băng tải 3 - Các nút nhấn, bảng thông báo trạng thái, hiển thị số lượng, khung đăng nhập. 4.1.2 Hệ thống đếm và đóng thùng: Mô hình gồm các thành phần chính và chức năng từng thành phần: - Băng tải 1‘: vận chuyển chai từ dây chuyền chiết rót sang bộ phận gắp chai vào thùng. - Băng tải 2‘: vận chuyển thùng rỗng từ nơi cấp đến vị trí thích hợp để chứa sản phẩm chai và đưa thùng đã đủ số lượng sang bộ phận thành phẩm. - Tay gắp chai: khi chai đến vị trí đặt trước, tay gắp sẽ được kích hoạt để đưa chai vào thùng, mỗi lần gắp 1 lốc 3 chai. Trên thực tế tay gắp được điều khiển bằng động cơ Servo cùng các cơ cấu khí nén. - Sensor 5: cảm biến vị trí thùng, khi sensor 5 thấy thùng, băng tải 2‘ sẽ dừng để tay gắp hoạt động. - Các nút nhấn, bảng thông báo trạng thái, hiển thị số lượng, khung đăng nhập và cài đặt. - Số lượng chai một thùng có thể thay đổi linh hoạt trong khoảng 1 đến 4 lốc. Yêu cầu công nghệ: Quá trình điều khiển toàn hệ thống trên hai giao diện chính : Chiết nướcvào chai đóng nắp và đóng thùng diễn ra hoàn toàn tự động sau khi người vận hành ấn nút Start. Nhưng một yêu cầu đặt ra là, việc giám sát hoạt động của hệ thống cũng cần thực hiện tự động. Điều này là thực sự cần thiết vì những lý do sau: - Trình điều khiển và giám sát gắn liền với nhau nhằm thực hiện một giải pháp hỗ trợ con người trong việc quan sát và điều khiển từ xa. - Đảm bảo sự hoạt động ổn định và tăng tính tin cậy của hệ thống. - Theo dõi được mọi diễn biến của quá trình, tình trạng thiết bị, trạng thái hệ thống một cách nhanh chóng, chính xác. - Dễ dàng phát hiện sự cố để có những biện pháp điều chỉnh kịp thời. Vì vậy việc thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống trên WinCC phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Quá trình vận hành được thực hiện một cách hoàn toàn tự động. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 39 - Quá trình điều khiển phải đúng qui trình công nghệ đảm bảo yêu cầu công nghệ. - Người vận hành dễ dàng giám sát trạng thái hoạt động của hệ thống, theo dõi diễn biến các quá trình. - Dễ dàng phát hiện các sự cố để có những biện pháp xử lý kịp thời. - Các giao diện thân thiện, linh hoạt và dễ dàng sử dụng. 4.2 Viết chương trình S7-300: Như đã đề cập ở phần trước, ta chỉ mô phỏng hệ thống trên máy tính nên các ngõ INPUT được thay thế bằng các bit nhớ M Bit để thuận tiện cho việc thiết kế cũng như điều khiển. Để bắt đầu viết chương trình PLC ta làm tuần tự các bước: Tìm hiểu công nghệ, Lập lưu đồ thuật toán, phân công ngõ vào ra, lập bảng đồ tài nguyên và viết chương trình. 4.2.1 Lưu đồ thuật toán: từ nguyên tắc hoạt động của hệ thống ta xây dựng lưu đồ thuật toán, để dễ hiểu ta trình bày lưu đồ chiết và đóng nắp thành hai bản: rút gọn và chi tiết như sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 40 Hình 4.1 lưu đồ thuật toán chiết và đóng nắp rút gọn . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 41 Hình 4.2 Lưu đồ thuật toán chiết và đóng nắp chi tiết. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 42 Hình 4.3 Lưu đồ thuật toán đóng thùng sản phẩm. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 43 4.2.2 Phân công vào ra và lập bảng đồ tài nguyên: Liệt kê vào bản đồ bộ nhớ, định rõ địa chỉ cho từng biến. Khi viết chương trình, sử dụng các biến vào ra theo tên thay vì sử dụng trực tiếp địa chỉ biến. Bảng 4.1a Bảng đồ tài nguyên. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 44 Cách bố trí các modul trong trạm: Hình 4.1b Modul phần cứng trạm Sơ đồ nối dây trên modul SM323: Hình 4.1c Sơ đồ nối dây điều khiển Sau khi phân công vào ra ta đã cóđịa chỉ cụ thể cho các ngõ vào và ra số cũng như tên của từngđịa chỉ, khi viết chương trình ta chỉ việc dùng tên hoặcđịa chỉ của các ngõ này là chương trình sẽ tự hiểu. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 45 4.2.3 Viết chương trình PLC Ta thực hiện tuần tự các bước như sau: 1/ mở chương trình SIMATIC Manager lên theo đường dẫn "C:\Program Files\Siemens\Step7\S7BIN\S7tgtopx.exe". Click chuột trái chọn File-> New. Đặt tên cho Project ở mục Name rồi bấn ok (hình 4.4). Hình 4.4 2/ Menu Insert> Station > 2 Simatic 300 Station (hình 4.5) Hình 4.5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 46 3/ Nhấp đúp mở mục Hardware, cửa sổ HW Config mở ra, chọn các module cho cấu hình phần cứng trạm. Gồm modul nguồn PS 307 2A, CPU 312, modul SM323 16IN/16OUTx24VDC (hình 4.6). sau đó bấm Save để lưu lại. Hình 4.6 4/ Tắt cửa sổ HW Config, mở khối OB1 (hình 4.7) hiện ra bảng thông tin như hình 4.8, ở mục Created in Language chọn LAD để lập trình dạng Ladder > ok Hình 4.7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 47 Hình 4.8a 5/ Cửa sổ LAD/STL/FBD mở ra, đây là nơi viết chương trình cho PLC. Hình 4.8b Sau khi viết chương trình ta có thể download vào PLC-SIM để chạy thử. Mở PLC-SIM theo đường dẫn: "C:\Program Files\Siemens\Plcsim\s7wsi\s7wsvapx.exe" hoặc click vào biểu tượng trên màn hình Simatic S7 manager. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 48 Hình 4.9 PLC-SIM Lưu ý PLC-SIM có 3 chế độ tương ứng trên CPU thật. Chế độ RUN-P: khi kích hoạt chế độ này ta có thể chỉnh sửa hay download chương trình mà không phải STOP. Chế độ “RUN” và “STOP” tương ứng chạy và dừng thông thường. Nút “MRES” dùng để xóa bộ nhớ trên PLC-SIM, nút này không hoạt động ở chế độ “RUN”. Sau khi viết và kiểm tra chương trình ta có được chương trình hoàn chỉnh dạng Ladder (xem phần phụ lục). 4.3 Thiết kế mô phỏng trên WinCC: Dưới đây em xin trình bày các bước để tạo một Project WinCC. Khởi động chương trình WinCC V7.0 trên Windows 7 bằng cách nhấp chọn Start > All programs > Siemens Automation > Simatic > WinCC > WinCC Explorer. (hình 4.10a). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 49 a b Hình 4.10 Hộp thoại WinCC Explorer xuất hiện (hình 4.10b), trong khung Create a New Project có 3 lựa chọn:  Single – User Project.  Multi – User Project.  Client Project. Nếu chọn Single – User Project hoặc Multi – User Project, phải nhập tên dự án. Để mở dự án có sẵn, chọn Open an Existing Project. Sau đó, tìm đến file có phần mở rộng “.mcp”. Dự án này được thực hiện trên máy đơn không có nối mạng nên ta chọn mục Single – User Project sau đó nhấp OK chấp nhận hộp thoại Create a new project xuất hiện (hình 4.11), đặt tên cho dự án trong khung Project name: purpose. Trong khung Project Path, chọn ổ đĩa và thư mục để lưu trữ dự án: D. Tiếp tục nhấn nút Create tạo dự án. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 50 Hình 4.11 Hình 4.12WinCC Explorer ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 51 Cửa sổ soạn thảo WinCCExplorer xuất hiện như hình 4.12 Chọn PLCc hoặc driver từ Tag Management. Để thiết lập kết nối truyền thông giữa WinCC với các thiết bị, cần có một mạng liên kết chung với nhau trong việc trao đổ dữ liệu. Do đó cần chọn một Driver. Driver: là giao diện liên kết giữa WinCC và PLC. Trong dự án này, nhấp chuột phải vào Tag Management. Từ trình đơn xổ xuống, chọn Add New Driver. Hộp thoại Add New Driver xuất hiện, cho phép chọn mạng kết nối giữa WinCC và PLC. Nhấp chọn mạng Simatic S7 Protocol Suite.chn (kết nối với PLC S7 – 300) và nhấp Open để mở. Trong mục SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE nhấp chuột phải lên mục MPI chọn “New Driver Conection..” như hình 4.14 Hình 4.14 Hộp thoại Connection properties xuất hiện để khai báo thuộc tính kết nối. Tại mục Name, đặt tên PLC1. Nhấp chọnOK chấp nhận. Trở lại giao diện soạn thảo WinCCExplorer, cổng kết Simatic S7 Protocol Suite.chn hiển thị trạm PLC1 hình 4.15 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 52 Hình 4.15 4.3.1 Tạo biến Để tạo kết nối các thiết bị của một dự án trong WinCC, trước tiên phải tạo các Tags (biến) trên WinCC. Biến được tạo trên Tag Management. Biến gồm có biến nội (Internal Tags) và biến quá trình (Process Tags). Biến nội (Internal). Là biến có sẵn trong WinCC. Những biến nội này là vùng nhớ trong WinCC, nó có chức năng như một PLC thực sự. Biến quá trình (Process). Là biến quá trình, nó phản ánh thông tin địa chỉ của hệ thống PLC khác nhau. Các Tags được lưu trong bộ nhớ PLC hoặc trên các thiết bị khác. Chương trình WinCC kết nối với PLC thộng qua các Tags. Tạo những nhóm biến (Tags Groups) thiết bị. Khi dự án có một khối lượng dữ liệu với nhiều biến, các biến này tổ chức thành một nhóm biến sao cho thích hợp, đúng qui cách. Nhóm biến là những cấu trúc bên dưới sự kết nối PLC, người thiết kế có thể tạo nhiều nhóm biến và biến trong mỗi nhóm biến nếu cần. Để tạo nhóm biến, nhấp phải chuột vào PLC1 và chọn mục New Group. Hộp thoại Propertise of tag group xuất hiện. Đặt tên nhóm ở mục Name là INPUT, tương tự ta tạo thêm hai nhóm Tag có tên OUTPUT và COUNTER. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 53 Hình 4.16 Các nhóm Tag Tạo biến quá trình (biến ngoại). Để thiết lập biến quá trình, nhấp phải vào nhóm biến INPUT, chọn New Tag… Hộp thoại Tag Properties xuất hiện. Tab General được chọn mặc định. Thiết lập tham số ở các mục như sau: Trong khung Properties of Tags, nhập tên biến ở mục Name là RUN. Tại mục Data Type, nhấp mũi tên xổ xuống và chọn kiểu dữ liệu Binary Tag. Ở mục Address nhấp nút Select. Hôp thoại Address Properties xuất hiện (hình 4.17). Trong khung Description, chọn thông số ở các mục như sau: Mục Data, chọn dữ liệu Bit memory. Mục Address, chọn địa chỉ có trong PLC, là Bit. Mục M, nhập 0 Bit 0 tương ứng địa chỉ M0.0 trong chương trình S7-300 Các mục khác chọn như mặc định, nhấp OK chấp nhận. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 54 Hình 4.17 Đối với biến là ngõ ra trên PLC, mục Data ta chọn Output. Với biến mang kiểu dữ liệu Word hay Byte, trong mục Data chọn Unsigned 8 – Bit Value: kiểu 8 bit không dấu hoặc Unsigned 16 – Bit Value: kiểu 16 bit không dấu. Sau khi tạo xong biến ta có các nhóm biến như sau: Hình 4.18 Tag Group Counter ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 55 Hình 4.19 Tag Group Input. Hình 4.20 Tag Group output. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 56 4.3.2 Tạo ảnh: Để tạo ảnh, đầu tiên phải mở giao diện đồ họa bằng cách nhấp phải vào mục Graphics Designer, chọn mục New picture từ trình đơn xổ xuống: Hình 4.21 Bên phải WinCCExplorer có tên NewPdlo.Pdl. Nếu một dự án lớn có nhiều khâu điều khiển, có thể tạo nhiều File ảnh để hiển thị và tạo nút chuyển đổi giữa các File ảnh với nhau để việc giám sát và điều khiển dễ dàng hơn. Đổi tên bức ảnh vừa tạo bằng cách nhấp chuột phải vào mục NewPdl.Pdl, từ trình đơn xổ xuống chọn Rename picture. Hộp thoại New Name xuất hiện, nhập tên cho ảnh là WELCOME. Nhấp OK chấp nhận. Tương tự, tạo file ảnh có tên FILL.pdl, PACKAGE.pdl, @notice1.pdl, @notice2.pdl như hình 4.21. Để mở file FILL, nhấp chuột phải chọn Open Picture. Cửa sổ giao diện thiết kế đồ họa Graphics Designer xuất hiện. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 57 Hình 4.22 Cửa sổ giao diện thiết kế đồ họa Graphics Trên cửa sổ Graphics Designer: thiết lập những bức ảnh xử lý, giám sát và điều khiển từ những công cụ sau:  Color Palette (bảng màu): gồm có 16 màu tiêu chuẩn, có thể gán cho màu nền hoặc đối tượng khác.  Object Palette (bảng đối tượng) bao gồm:  Các đối tượng chuẩn (Standard Object) như: Ellipse, đa giác (Polygon), hình chữ nhật (Rectangle), cung tròn (Circular Arc) …  Các đối tượng thông minh (Smart Object): điều khiển OLE (OLE control), thanhg phần OLE (OLE elements),trường vào/ra (I/O field).  Đối tượngWindows (Windows Object): gồm nút nhấn (Button), hộp kiểm tra (Check box), thanh trượt (Slider Object)… • Dynamic Wizard Palette (bảng hình động) dung hỗ trợ cho việc tạo các đối tượng động cho mô hình thiết kế. • Alignment Palette (bảng canh chỉnh vị trí): xác định việc thay đổi vị trí cho một hoặc nhiều đối tượng, thay đổi vị trí của đối tượng được chọn hoặc hợp nhất chiều cao và chiều rộng của nhiều đối tượng. • Zoom Palette (Bảng Zoom): phóng to, thu nhỏ cửa sổ màn hình đồ họa bằng cách di chuyển thanh trượt. • Menu bar (thanh ghi tùy chọn): Gồm tất cả những lệnh có sẵn trên thanh trình đơn của giao diện thiết kế Graphics Designer. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 58 • Standard Toolbar (Thanh công cụ chuẩn): bao gồm những biểu tượng hoặc nút nhấn. Cho phép thực hiện những lệnh thông dụng như: mở file mới (New), mở file có sẵn (Open), lưu File ảnh (Save), sao chép (copy), cắt (cut), dán (paste),… • Layer Bar (thanh Layer): bao gồm 16 Layer (Layer 0 – 15). Layer 0 để thiết lập mặc định của Graphics Designer. 4.3.3 Thiết lập các thuộc tính hình ảnh. Để thiết lập các thuộc tính hình ảnh, đầu tiên cần tạo các File ảnh: Dùng File FILL. pdl tạo giao diện gồm có: băng tải, chai nước, động cơ, các bộ phận chiết, đóng nắp, khu vực hiển thị thông báo và các nút nhấn. Những đối trượng này nằm trong thư viện của WinCC hoặc được bổ sung từ bên ngoài. Việc đầu tiên cần tạo các nút nhấn cho phép chuyển đổi qua lại giữa ba File ảnh WELCOME.pdl, FILL.pdl và PACKAGE.pdl. trong thời gian chạy Runtime. Tạo nút nhấn chuyển hình ảnh Từ bản đối tượng Object Palette, nhấp vào dấu “ + ” trước mục Windows Objects chọn Botton. Sau đó di chuyển con trỏ ra màn hình thiết kế, nhấn vẽ nút nhấn đến kích thước thích hợp. Nhấp chuột kết thúc lệnh vẽ. Khi nhấp thả chuột, hộp thoại Button Configuration xuất hiện. Tại mục Text, nhập tên cho nút nhấn là WELCOME. Chọn màu chữ ở mục Color. Các mục khác vẫn giữ như mặc định. Trong khung Change Picture on Mouse Click, nhấn chọn biểu tượng file ảnh như hình 4.23 Hình 4.23 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 59 Hộp thoại Picture xuất hiện. Chọn file WELCOME.pdl, nhấn OK chấp nhận. Trở lại hộp thoại Button Configuration. Lúc này, trong khung Change Picture on Click, file WELCOME.pdl được chọn. Nhấp OK chấp nhận thiết lập. Tương tự với hai hình còn lại, khi muốn gán chức năng chuyển hình cho nút nhấn ta chỉ cần gán tên hình ảnh đó vào mục Change Picture on Mouse Click trong thuộc tính nút nhấn. Trở lại giao diện Graphics Designer, nút nhấn WELCOME được thiết lập. Đổi màu nền nút nhấn bằng cách, di chuyển con trỏ đến bảng màu và chọn màu hiển thị. Thực hiện tương tự để thiết lập thêm nút nhấn và đặc tên PACKAGE, gán cho nút nhấn file ảnh PACKAGE.pdl trong FILL.pdl. Tạo nút nhấn Tag Để tạo một nút nhấn tác động vào các Tag quá trình ta cũng tạo một nút nhấn tương tự như trên nhưng trong mục Change Picture on Mouse Click để trống, nhấp chuột phải vào đối tượng nút nhấn chọn Propertiessẽ hiện ra cửa sổ Object Properties (Hình 4.24). Hình 4.24 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 60 Để thiết lập thuộc tính cho nút nhấn ta gán mã C-Action vào mục Press left và mục Release left (hình 2.25) Hình 2.25 Press left :SetTagBit(“RUN”,1) nghĩa là nhấn chuột trái vào nút để Set Tag “RUN” lên 1, tương ứng M0.0=1 trên chương trình PLC Release left :SetTagBit(“RUN”,0)nghĩa là khi thôi tác động chuột trái vào nút thì Tag “RUN” reset về 0. Tương ứng M0.0=0. Những mục đã được gắn C-Action sẽ có mũi tên màu xanh lá. 4.3.4 Tạo nút nhấn thoát chương trình: Từ bản đối tượng Object Palette, nhấp vào dấu “ + ” trước mục Windows Objects chọn Botton. Sau đó di chuyển con trỏ ra màn hình thiết kế, nhấn vẽ nút nhấn đến kích thước thích hợp. Nhấp chuột kết thúc lệnh vẽ. Tại mục Dynamic Wizard chọn Exit WinCC Runtime sẽ hiện ra cửa sổ (hình 2.26) để chọn 1 trong 3 hành động: Left mouse key: nhấn chuột trái Mouse click : nhấn bất kỳ chuột nào Right mouse click: nhấn chuột phải  Nhấn Finish để hoàn tất. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 61 Hình 2.26 4.3.5 Tạo thanh trượt chọn giá trị Slider Object : Từ bản đối tượng Object Palette, nhấp vào dấu “ + ” trước mục Windows Objects chọn Slider Object. Sau đó di chuyển con trỏ ra màn hình thiết kế, nhấn chuột tại nơi thích hợp sẽ hiện ra cửa sổ như sau: Hình 2.27 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 62 Trong cửa sổ Slider Configuration có các tùy chọn thuộc tính nút trượt gồm có: Tag : chọn Tag muốn cài giá trị bằng nút trượt. Trong bài ta chọn Tag SET_BOX trong nhóm Tag COUNTER. Update: chọn thời gian đáp ứng cho hành động. Limits: cài giá trị lớn nhất, nhỏ nhất và bước đơn vị của giá trị.  Nhấn ok hoàn tất cài đặt. 4.3.6 Tạo nút nhấn đăng nhập và đăng xuất: Tương tự với nút nhấn Tag nhưng mãC-sript được gán vào mục Mouse Action với nội dung như sau:  Nút Log-on: #include "apdefap.h" void OnClick(char* lpszPictureName, char* lpszObjectName, char* lpszPropertyName) { #pragma code ("useadmin.dll") #include "PWRT_api.h" #pragma code() PWRTLogin('c'); }  Nút Log-out: #include "apdefap.h" void OnClick(char* lpszPictureName, char* lpszObjectName, char* lpszPropertyName) { #pragma code ("useadmin.dll") #include "PWRT_api.h" #pragma code() PWRTLogout(); } Khi nhấn vào nút Log-on chương trình sẽ hiện ra khung yêu cầu đăng nhập để thực hiện các chức năng bị hạn chế quyền truy cập. Nhấn nút Log-out để đăng xuất. 4.3.7 Thiết lập tài khoản quản trị: Khi cần hạn chế truy cập một chức năng nào đó trong chương trình ta dùng chức năng của bộ soạn thảo User Administrator. Để khởi động bộ soạn thảo này ta nhấn chuột phải vào User Administrator rồi chọn Open như hình 4.28 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 63 Hình 4.28 Cửa sổ User Administrator hiện ra (hình 4.29) cho phép thiết lập tài khoản gồm các chức năng như: Thêm tài khoản. Quản lý nhóm truy cập. Sao chép tài khoản. Xóa bỏ tài khoản hay nhóm. Thay đổi mất khẩu. Đặt thời gian tự đăng xuất. Các quyền hạn cho từng tài khoản. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 64 Hình 4.29 Để giới hạn truy cập cho một nút nhấn bất kỳ ta làm như sau: Nhấp chuột phải vài mút nhấn chọn Properties, cửa sổ Object Properties hiện ra, chọn tab Properties, mục Miscellaneous điều chỉnh static của Authorization thành User Administrator> nhấn Ok. Khi chạy Runtime, muốn nhấn vào nút này phải đăng nhập. Hình 4.30 Gán quyền admin cho nút nhấn 4.3.8Tạo khung hiển thị số: Các giá trị Tag dạng Byte và dạng Word có thể hiển thị trên màn hình Runtime ở dạng Demical để tiện quan sát thông số quá trình: Từ bản đối tượng Object Palette, nhấp vào dấu “ + ” trước mục ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 65 Smart Objects chọn I/O field. Sau đó di chuyển con trỏ ra màn hình thiết kế, nhấn chuột vẽ kích thước ô hiển thị thích hợp sẽ hiện ra cửa sổ như sau: Hình 4.31 Trong cửa sổ I/O Field Configuration có các tùy chọn thuộc tính I/O Field gồm có: Tag : chọn Tag muốn cài giá trị gồm các Tag trong nhóm Tag COUNTER. Update: chọn thời gian đáp ứng cho hành động hiển thị. Type: loại giá trị hiển thị, gồm có : Output : giá trị hiển thị ra. Input: giá trị nhập vào. I/O Field : cả hai loại trên.  Nhấn ok hoàn tất cài đặt. 4.3.9Lấy đối tượng đồ họa từ thư viện WinCC: Đối với WinCC V7.0 thư viện ảnh rất đa dạng và phong phú, để mở thư viện ta chọn Menu View > Library Hình 4.32 : thư viện hình ảnh WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 66 Ta có thể tìm thấy các hình ảnh cần thiết theo đường dẫn như hình sau:  Băng tải: Global Library > Siemens HMI Symbol > Conveyor, Misc. Hình 4.33 :Băng tải  Động cơ:Global Library > Siemens HMI Symbol > Motor. Hình 4.34:Động cơ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 67  Cảm biến: Global Library > Siemens HMI Symbol > Sensor. Hình 4.35 Sensor Để đưa đối tượng ra màn hình thiết kế ta chỉ cần kéo đối tượng từ thư viện ra màn hình thiết kế. Phóng lớn hay thu nhỏ ảnh đối tượng bằng cách: chọn và di chuyển chuột đến 1 trong 4 góc của đối tượng cho đến khi xuất hiện biểu tượng mũi tên hai chiều, nhấp giữ chuột để kéo lớn nhỏ tùy ý. Để chỉnh màu sắc hay xoay đối tượng ta kích đúp để mở cửa sổ thuộc tính (hình 4.36) với các Tab như sau: Tab Symbol cho phép chọn lại đối tượng khác trong thư viện. Tab Style để chỉnh thuộc tính hiển thị. Tab Color để chỉnh màu sắc. Hình 4.36: Thay đổi đối tượng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 68 Ghi chú: trên giao diện Graphics Designer, các đối tượng có thể sao chép (copy), dán (paste), xóa (delete),… 4.3.10Gán thuộc tính quá trình cho đối tượng: Các thuộc tính này gồm có: Đổi màu, ẩn hiện, thay đổi vị trí, thay đổi kích thước,… Để tạo thuộc tính nhấp nháy cho đối tượng ta làm các bước sau: Nhấp chuột phải vào đối tượng chọn Properties sẽ hiện ra cửa sổ Object Properties như hình 4.37, trong tab Properties chọn mục Control Properties. Hình 4.37 Gán thuộc tính nhấp nháy cho đối tượng Trong hình 4.37ta thấy đối tượng Control10 được gán thuộc tínhcủa Tag BT1 ở mục BlinkMode với chu kỳ làm mới trạng thái là 250ms. Khi Tag BT1 có giá trị bằng 1 thì đối tượng Control10 sẽ chớp tắt với tốc độ nhanh BlinkSpeed: Fast-250. Để tạo thuộc tính ẩn hiện cho đối tượng ta làm các bước sau: Nhấp chuột phải vào đối tượng chọn Properties sẽ hiện ra cửa sổ Object Properties như hình 4.37, trong tab Properties chọn mục Miscellaneous. Muốn gán thuộc tính ẩn hiện cho đối tượngphải gắn Tag vào mục Display, chọn static là Yes, chu kỳ làm mới trạng thái là 250ms. Khi Tag S3 có giá trị bằng 1 thì đối tượng Rectangle4 sẽ hiện ra trên màn hình Runtime. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 69 Hình 4.38 Gán thuộc tính ẩn hiện cho đối tượng Ngoài ra trong cửa sổ Object Properties còn cho phép điều chỉnh kích thước, màu sắc, vị trí, font chữ….rất tiện lợi. Để nhận biết các thuộc tính đã được gắn Tag ta hãy chú ý phần chữ in đậm và bóng đèn màu xanh ở mục Dynamic. Picture Windows: Khi muốn gán một Giao diện đồ họa này vào giao diện đồ họa khác ta dùng Picture Windows,. Từ bản đối tượng Object Palette, nhấp vào dấu “ + ” trước mục Smart Objects chọn Picture Windows. Sau đó di chuyển con trỏ ra màn hình thiết kế, nhấn chuột tại nơi thích hợp rồi kéo chuột tới khi đạt kích thước mong muốn sẽ được một Picture Windows rỗng. Nhấp chuột phải vào đối tượng chọn Properties sẽ hiện ra cửa sổ Object Properties như hình 4.39 , trong tab Properties chọn mục Miscellaneous, đặt tên hình ảnh mà mình muốn hiển thị vào mục Picture Name, ví dụ @notice1 Chú ý kích thước của Picture Windows và @notice1 phải tương đồng để hiển thị được hoàn chỉnh. Ngoài ra cửa sổ mày còn cung cấp rất nhiều tùy chọn cho Picture Windows như: Border : viền cửa sổ. Title : tên. Can be maximized: có nút phóng to. Can be closed: có nút tắt. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 70 Foreground: nổi bật. Scroll bar : thanh cuộn. Hình 4.39 Cấu hình Picture windows 4.3.11Tạo bảng thông báo trạng thái hệ thống: Bảng trạng thái là dòng chữ ngắn thông báo nhanh về trạng thái hệ thống để người vận hành dễ dàng biết được tình hình máy móc. Dòng chữ thông báo được thiết kế to, ở vị trí dễ nhìn để tiện quan sát, cách làm như sau: Từ bản đối tượng Object Palette, nhấp vào dấu “ + ” trước mục Smart Objects chọn text list. Sau đó di chuyển con trỏ ra màn hình thiết kế, nhấn chuột vẽ kích thước ô hiển thị thích hợp sẽ hiện ra cửa sổ như sau: Hình 4.40 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 71 Trong mục Tag chọn Tag chứa giá trị điều khiển thông báo, trong bài ta chọn Tag THONGBAO1 có địa chỉ MW18 trong chương trình PLC. Nhấp chuột trái vào TextList vừa tạo chọn Properties, chú ý các mục như hình 4.41. Hình 4.41 Nhấp vào dòng “0,?????” để cài đặt các dòng thông báo tương ứng với từng giá trị của Tag MW18. bảng cài đặt hiện ra như hình 4.42. Hình 4.42 Mục Value range là giá trị Tag MW18, mục text là dòng thông báo tương ứng với giá trị đó, sau mỗi lần nhập nhấn Append để lưu, nếu muốn đổi giá trị thì sau khi sửa nhấn Change. Kết thúc công việc nhấn OK. Sau khi hoàn thành ta có các giá trị như hình 4.43 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 72 Hình 4.43 Đoạn chương trình PLC kích hoạt thông báo như sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 73 4.3.12Global Script: Trình soạn thảo Global Script hỗ trợ hai ngôn ngữ C và VBS giúp WinCC trở nên rất linh hoạt. Trong đồ án này em dùng trình soạn thảo C-Editor để thiết lập các thuộc tính chuyển động cho vật và kích hoạt các cảm biến trên mô hình. Hình 4.44 Trên hình 4.44 là thư mục của trình soạn thảo Global Script, nhấp chuột phải vào C-Editor để mở trình soạn thảo ngôn ngữ C. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 74 Hình 4.45 Trong hình 4.45 có thể thấy các file Action dạng .pas được hoàn thành nằm trong thư mục Global Actions. Mỗi một file .pas chứa một đoạn mã C dạng text, mỗi đoạn mã như vậy có thể điều khiển một hoặc nhiều đối tượng trong Graphics Design. Các đoạn mã có cấu trúc chung là: If (Điều kiện) { Câu lệnh 1 } Else { Câu lệnh 2 } If: Có nghĩa là nếu đúng thì thực hiện câu lệnh {trong ngoặc}. Có thể dùng nhiều lệnh if kèm theo câu lệnh chứ không cần dùng Else  Các câu lệnh thường dùng gồm có: SetTagxxx (lệnh này tức là Set giá trị cho Tag) xxx có thể là Bit, Byte, DWord, v.v.... Cấu trúc: SetTagBit('tênTag',value); TênTag được viết trong 2 dấu ' ' và phải viết đúng y chang tên Tag tạo ra. Value, tùy thuộc vào kiểu dữ liệu , ở đây là Bit thì chỉ có 0 hoặc 1 Ví dụ: cần set Tag tên START lên mức 1 : SetTagBit('START',1); GetTagxxx (lệnh này tức là lấy giá trị của Tag) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 75 xxx có thể là Bit, Byte, DWord, v.v.... Cấu trúc: GetTagBit('tênTag'); Để tạo một file .pas mới thì nhấp chuột phải vào Global Actions chọn New như hình 4.46: Hình 4.46 Sau khi viết xong một đoạn code cần bấm vào nút Trigger để đặt thời gian thực hiện lệnh (Hình 4.47) và nút Compile để kiểm tra lỗi. Nếu không có lỗi thì bấn save để lưu lại. Hình 4.47: Cài thời gian Trigger Sau đây ta sẽ phân tích một đoạn Code C của đối tượng A0 là chai chạy trên Băng tải 1 của dây chuyền chiết rót : #include "apdefap.h" int gscAction( void ) // khai báo mặc định của chương trình // { ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 76 int x; // khai báo biến x // x=GetLeft("FILL.pdl","A0"); // x thực hiện lệnh dịch ngang đối tượng A0// if (GetTagBit("BT1")==1) // nếu Tag BT1=1 // { x=x+5; // thì dịch ngang 5 đơn vị // SetLeft("FILL.pdl","A0",x); } if (x==70) // nếu A0 ở vị trí x=70 // { SetTagBit("S1",1);// thì set Tag S1 =1 // } if (x==80)// nếu A0 ở vị trí x=70 // { SetTagBit("S1",0); // thì reset Tag S1 =0 // } if (x==140)// nếu A0 ở vị trí x=140 // { SetTagBit("S2",1);// thì set Tag S2 =1 // } if (x==150)// nếu A0 ở vị trí x=150 // { SetTagBit("S2",0);// thì reset Tag S2 =0 // } if (x==540)// nếu A0 ở vị trí x=540 // { SetLeft("FILL.pdl","A0",-20);// thì đưa A0 về vị trí x=-20// } if (GetTagBit("RESET")==1)// nếu Tag RESET=1 // { SetLeft("FILL.pdl","A0",-20);// thì đưa A0 về vị trí x=-20// } return 0;) // kết thúc chương trình // } Ngoài GetLeft còn có rất nhiều lệnh di chuyển như : GetTop: di chuyển lên xuống theo trục y. GetWidth : mở rộng vật thể theo chiều ngang. GetTop: mở rộng vật thể theo chiều dọc. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 77 GetRotationAngle: xoay vật thể quanh một trục… Các vật thể chuyển động khác trong Graphics design viết cấu trúc tương tự A0. Sau khi thiết kế xong phần Graphics ta có cácmàn hình như sau: Hình 4.47 Màn hình WELCOME.pdl Hình 4.48 Màn hình FILL.pdl ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 78 Hình 4.49 màn hình PACKAGE.pdl 4.4Thiết lập các điều kiện và chạy Runtime: Để chạy ứng dụng, cần đặt chế độ Runtime từ cửa sổ WinCC Explorer nhấp vào mục Computer trong khung chứa các trình soạn thảo. trình đơn xổ xuống chọn Properties(hình 4.50). Hình 4.50 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 79 Hộp thoại Computer Properties xuất hiện, trên hộp thoại. Tab General được chọn mặc định, Nhấp chọn tab Startup. Hình 4.51 Tab Startup đã được chọn, bên dưới mục Start sequence of WinCC runtime, đánh dấu chọn mục Global Script Runtime và Graphics Runtime (hình 4.51) Hình 4.52 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 80 Trên tab Graphics Runtime, trong khung Start Picture, chọn file ảnh chạy khi bắt đầu khởi động bằng cách nhấp chọn nút Browse. hộp thoại Pictures xuấthiện, ở cột File Name có các File ảnh ta đã tạo, chọn ảnh WELCOME.pdl. Trong khung Windows Attributes, đánh dấu chọn các thành phần cửa sổ Runtime như: Title, Border, Maximize, Minimize và Status Bar. Các mụckhác giữ mặc định như hình 4.52 ,nhấn OK hoàn tất. Mở chương trình S7-300 đã viết từ trước và PLCSIM, bấn nút MRES để xóa chương trình cũ trong PLCSIM sau đó Download chương trình mới vào PLCSIM và để PLCSIM chạy chế độ RUN-P. Hình 4.53 Sau khi PLCSIM đã hoạt động bình thường, ta nhấn nút Active trên cửa sổ WinCC Explorer hoặc nút Runtime trên các cửa sổ Graphics Design. Quá trình chạy khởi động như hình 4.54 đến 100% thì màn hìnhWinCC-Runtime hiện ra (hình 4.55). Hình 4.54 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 81 Hình 4.55 Màn hình Runtime Hình 4.56 Cửa sổ đăng nhập ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 82 Hình 4.57 Màn hình chiết và đóng nắp chai Hình 4.58 Màn hình đóng gói sản phẩm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 83 Để kiểm tra kết nối giữa PLCSIM và WinCC , ta kiểm tra lại bằng cách mở WinCC Channel Diagnosis theo đường dẫn "C:\Program Files\Siemens\WinCC\bin\ WinCCChnDiag.exe", nếu phía trước dòng chữ SIMATIC PROCOL SUITE có dấu chọn màu xanh là đã kết nối thành công (hình 4.59a). Nếu chưa kết nối được thì có dấu chéo màu đỏ như hình 4.59b. A b Hình 4.59 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 84 4.5Thao tác trên màn hình Runtime: Vào giao diện chiết nướcvà đóng nắp chai. & Thoát khỏi chế độ RunTime. Khởi động hệ thống. Dừng hệ thống. Reset hệ thống. Bắt đầu kiểm tra chai từ đầu, loại các chai đã kiểm tra trước đó. Bật và tắt Camera kiểm tra chai rỗng. Chuyển đổi qua lại giữa các màn hình. Đăng nhập và đăng xuất. Khung tên người đăng nhập. Thông báo trạng thái hệ thống. Reset sản lượng (cần đăng nhập). Cài đặt số chai trong thùng (cần đăng nhập). Thông báolỗi trên màn hình đóng thùng khi khởi động hệ thốngtrong khi hệ thống chiết rót chưa hoạt động. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 85 CHƯƠNG V TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Tổng kết: Sau khi hoàn thành đồ án tốt nghiệp em đã học hỏi thêm được rất nhiều kiến thức có ích cho công việc sau này, đề tài tốt nghiệp có tính ứng dụng thực tế cao, sau đây là những kết quả của bản thân em đạt được: Tìm hiểu và làm quen với một dây chuyền sản xuất tự động cùng với các thiết bị điện hiện đại như PLC, Sensor, màn hình cảm ứng công nghiệp, biến tần… Nghiên cứu và sử dụng được chương trình Simatic Step7 trong việc viết chương trình điều khiển đáp ứng đúng yêu cầu của một hệ thống máy. Dựa vào hệ thống thực tế để tạo ra giao diện mô phỏng bằng phần mềm WinCC v7.0. Đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật. Phát triển kỹ năng tư duy sáng tạo, khả năng học hỏi và giải quyết vấn đề. Khai thác được sức mạnh công nghệ thông tin trong việc tìm kiếm tài liệu nghiên cứu. 5.2 Hạn chế của đề tài: Đây là mô hình mô phỏng trên máy tính không có thiết bị thực tế nên khó khăn trong việc lập trình, độ mượt củacác chuyển động phụ thuộc nhiều vào cấu hình máy tính. Các khâu trong mô hình vẫn còn thiếu và chưa sát với thực tế. Do thời gian và kiến thức có hạn nên còn nhiều chức năng của phần mềm S7 và WinCC chưa được khai thác. 5.3 Hướng phát triển: Em hy vọng nếu các lớp khóa sau có cơ hội làm đề tài này hoặc những đề tài tương tự thì có thể mở rộng đề tài với một số gợi ý như sau : Được đi tham quan, tìm hiểu kỹ về công nghệ sản xuất của nhà máy xí nghiệp với dây chuyển chiết rót, dập nắp, phân loại và đóng thùng sản phẩm của các nhà máy xí nghiệp như: dây chuyền sản xuất nước ngọt giải khát của công ty Pepsi, Cocacola, dây chuyển sản xuất nước mắm của tập đoàn Masan, dây chuyển chiết rót nước khoáng lavie của Nestle…v.v.., để đề tài có tính thực tiễn và sát với yêu cầu thực tế. Khai thác thêm những tính năng ưu việt của phần mềm S7 và WinCC trong việc thiết kế mô phỏng cũng như thực tế. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 86 Nghiên cứu, tìm hiểu thêm một số phần mềm lập trình PLC và mô phỏng khác như PCS7 của Siemens, Logix và Factory Talkcủa Allen Bradley, GX của Mitsubishi… Tiến hành phát triển xây dựng đề tài với mô hình thật. Tìm hiểu thêm mạng truyền thông công nghiệp và SCADA. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 87 PHỤ LỤC 1.Chương trình PLC (trong đĩa CD kèm theo). 2.Chương trình WinCC(trong đĩa CD kèm theo). 3. Video hoạt động của dây chuyền (trong đĩa CD kèm theo). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Bùi Hữu Tài 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy, Tự học S7 & WinCC bằng hình ảnh, NXB Hồng Đức [2] Các tài liệu từ Internet và sự tham khảo trên các diễn đàn : http//www.automation.siemens.com http//www.dientuvietnam.net http//www.plcvietnam.com.vn http//www.webdien.com http//www.kilobooks.com http//www.google.com.vn