Xemtailieu Tải về ĐỒ ÁN Tìm hiểu về s7-300 và wincc ứng dụng điều khiển giám sát sản
Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN ĐỒ ÁN 1 TÌM HIỂU VỀ S7-300 VÀ WINCC ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT SẢN XUẤT NƯỚC TINH KHIẾT SVTH : Trịnh Việt Tuấn Vũ Đình Tuân Nguyễn Đình Tú Trương Minh Trị GVHD:Phan Minh Thân TP. HOÀ CHÍ MINH 07-2010 MSSV MSSV MSSV MSSV 07704741 07711481 07706061 07708941 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay , khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển cộng với sự phát triển của các ngành công nghiệp .Do đó nhu cầu sản xuất ngày càng tăng,tự động hóa cũng không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu đó.Ứng dụng công nghệ tự động vào sản xuất là xu hướng tất yếu của nước ta.Hiện nay ,hàng loạt các nhà cung cấp công nghệ đã và đang phát triển nhiều thiết bị ,chương trình giám sát .Tuy nhiên ,phổ biến và hay được sử dụng nhiều là chương trình WinCC kết hợp vói các PLC . Trong phần Đồ Án này ,chúng tôi xin trình bày những hiểu biết của mình về hai chương trình này. Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em đã nhận được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của thầy Phan Minh Thân .Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cùng toàn thể thầy cô trong Khoa Điện. Đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn các bạn trong lớp ĐHĐI3B đã đóng góp ý kiến và cung cấp một số tài liệu giúp đỡ chúng tôi. Dù đã cố gắng rất nhiều ,nhưng do đây là lần đầu tiên làm Đồ Án cũng như trong quá trình làm còn có những thiếu sót .Nên nhóm tôi rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và toàn thể các bạn. Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Nhận xét (Của giáo viên hướng dẫn) ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ………………………......... TP.Hồ Chí Minh, Ngày Tháng Năm Giáo Viên Hướng Dẫn Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Nhận xét (Của giáo viên phản biện) ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ………………………......... TP.Hồ Chí Minh, Ngày Tháng Năm Giáo Viên Phản Biện Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục MỤC LỤC 1.TÌM HIỂU VỀ S7-300...........................................................................................1 1.1 .Giới thiệu chung về PLC (Programmable Logic Control) : (bộ điều khiển logic khả trình)................................................................................................................... 1 1.1.2. Phân loại PLC:.................................................................................................4 1.1.3. Các bộ điều khiển và phạm vi ứng dụng:.........................................................4 1.1.3.1. Máy tính:......................................................................................................4 1.1.3.2 .Vi xử lý:........................................................................................................5 1.1.3.3. PLC............................................................................................................... 5 1.1.4 Ưu điểm khi sử dụng hệ thống điều khiển với PLC:.........................................5 1.1.5 Ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC:..........................................................6 1.2. Hệ thống điều khiển PLC S7-300.......................................................................6 1.2.1 Các tính năng của PLC S7-300:........................................................................6 1.2.2 Các Module của S7-300:..................................................................................6 1.2.3 Cấu trúc bộ nhớ của CPU S7-300:..................................................................13 1.2.4 Các ngôn ngữ lập trình của S7-300:................................................................15 1.2.4.1 Ngôn ngữ lập trình LAD..............................................................................15 1.2.4.2 Ngôn ngữ lập trình FBD..............................................................................16 1.2.4.3 Ngôn ngữ lập trình STL...............................................................................16 1.2.4.4 Ngôn ngữ lập trình SCL...............................................................................17 1.2.4.5 Ngôn ngữ lập trình S7-Graph:.....................................................................18 1.2.4.6 Ngôn ngữ lập trình Hi-Graph:......................................................................18 1.3. Cài đặt phần mềm S7-300 và chọn chế độ làm việc:........................................19 1.3.1 Giới thiệu chung:............................................................................................19 1.3.2 Cài đặt STEP7:...............................................................................................19 1.3.3 Đặt tham số làm việc:.....................................................................................23 1.3.4 Trình tự các bước thiết kế chương trình điều khiển:.......................................23 1.3.5 Soạn thảo một Project:....................................................................................24 1.3.5.1 Khai báo và mở một Project mới:................................................................24 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 1.3.5.2 Xây dựng cấu trúc phần cứng cho trạm PLC:..............................................26 1.3.5.2 Cấu trúc PROJECT STEP7:........................................................................26 1.3.5.2 Viết chương trình điều khiển:......................................................................26 1.3.5.3 Soạn thảo chương trình cho các khối Logic:................................................28 1.3.6 Nạp chương trình và giám sát việc thực hiện chương trình:...........................32 1.3.6.1 Nạp chương trình soạn thảo từ PC xuống CPU:..........................................32 1.3.6.2 Xóa chương trình đã có trong CPU:............................................................32 1.3.6.3 Giám sát việc thực hiện chương trình:.........................................................33 2.Dự án winCC........................................................................................................33 2.1.1 Bước 1: Khởi động WinCC............................................................................34 2.1.2 Bước 2:Tạo dự án (Project) mới..................................................................34 2.1.3 Bước 3: Cài đặt bộ điều khiển cho PLC.........................................................36 2.1.4 Tags và các nhóm Tag:...................................................................................39 2.1.4.2 Bước 4a: Tạo nhóm tag...........................................................................40 2.1.5 Hiệu chỉnh hình ảnh quá trình (Process Pictures)..........................................42 2.1.5.1 Bước 5.1 :Tạo hình ảnh quá trình:.............................................................42 2.1.5.2 Cửa sổ Graphics Designer:..........................................................................43 2.1.5.3 Hình ảnh quá trình.......................................................................................45 2.1.5.4 Bước 5.2 : Tạo nút nhấn (button) :..............................................................45 2.1.5.5 Bước 5.3 : Định dạng hình ảnh quá trình...................................................46 2.1.5.6 Bước 5.4 Kích hoạt chế độ hiển thị Fill Level :..........................................48 2.1.5.7 Bước 5.5: Tạo và thực thi vùng xuất/nhập dữ liệu:.....................................51 2.1.6 Bước 6: Thiết lập thuộc tính chạy thực (Runtime).........................................53 2.1.7 Bước 7: Kích hoạt Project..............................................................................54 2.1.8 Bước 8: Dùng bộ mô phỏng (Simulator).......................................................55 2.2 Hiển thị các giá trị của quá trình.......................................................................56 2.2.1 Bước 1: Mở Tag Loging................................................................................56 2.2.2 Bước 2: Cấu hình bộ định thời (timer)............................................................57 2.2.3 Bước 3: Tạo vùng lưu trữ ( Archive):............................................................58 2.2.4 Bước 4: Tạo Trend Window.........................................................................60 2.2.5 Bước 5: Tạo cửa sổ bảng biểu ( Table)...........................................................62 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 2.2.6 Bước 6: Thiết lập thuộc tính chạy thực :........................................................65 2.2.7 Kích hoạt Project :..........................................................................................65 3.1. Ứng Dụng điều khiển lập trình Lader với S7-300............................................67 3.1.1 Chương trình của “Day Chuyen San Xuat Nuoc Tinh Khiet”.........................77 3.1.2 Giải thích chương trình:..................................................................................80 3.1.3 Mô Phỏng Chương Trình S7-300...................................................................81 3.2 Các bước thực hiện trên WinCC.....................................................................86 3.2.1 Khởi động chương trình và tạo biến...............................................................86 3.2.2 Tạo màn hình biểu diễn..................................................................................93 3.2.3 Đặt điều kiện cho Runtime hoạt động..........................................................101 3.3.3.1 Hiển thị các giá trị xử lý..........................................................................105 3.3.3.2 Tạo một Trend Window trong Graphic Designer......................................110 3.3.3.3 Tạo một Table Window trong Graphic Designer.......................................116 3.3.4 Cấu trúc Alarm logging................................................................................123 3.3.4.2 Cài đặt thông báo màu ............................................................................130 3.3.4.3 Chèn cửa sổ bản tin vào trong bức ảnh......................................................130 Đồ án 1 GVHD: Phan Minh Thân 1.TÌM HIỂU VỀ S7-300 1.1 .Giới thiệu chung về PLC (Programmable Logic Control) : (bộ điều khiển logic khả trình). Hình thành từ nhóm các kỹ sư của hãng General Motors năm 1968 với ý tưởng ban đầu là thiết kế một bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu sau: - Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu. - Dễ dàng sửa chữa thay thế. - Ổn định trong môi trường công nghiệp. - Giá co cạnh tranh. Thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC) (hình 1.1) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc thể hiện thuật toán bằng mạch số. Như vậy, với chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ PLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC hoặc FB) và thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét. Để thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và các cổng vào/ra để giao tiếp với đối tượng điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC còn cần phải có thêm các khối chức năng Trang 1 Đồ án 1 GVHD: Phan Minh Thân đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), bộ định thì (Timer)…và những khối chuyên dụng. (như hình bên dưới ta có sơ đồ cấu tao của 1 PLC đơn giản) . Trang 2 Đồ án 1 GVHD: Phan Minh Thân Hệ thống điều khiển sử dụng PLC: Trang 3 Đồ án 1 GVHD: Phan Minh Thân Hình 1.4: Hệ thống điều khiển dùng PLC 1.1.2. Phân loại PLC: PLC được phân loại theo 2 cách: Hãng sản xuất: gồm các nhãn hiệu như Siemen, Omron, Misubishi, Alenbratlay… Version: PLC Siemen có các họ: S7-200, S7-300, S7-400, Logo… PLC misubishi có các họ: Fx, Fx0, FxON… 1.1.3. Các bộ điều khiển và phạm vi ứng dụng: 1.1.3.1. Máy tính: Dùng trong những chương trình phức tạp đòi hỏi độ chính xác cao. Có giao diện thân thiện. Trang 4 Đồ án 1 GVHD: Phan Minh Thân Tốc độ xử lý cao. Có thể lưu trữ với dung lượng lớn. 1.1.3.2 .Vi xử lý: Dùng trong những chương trình có độ phức tạp không cao (vì chỉ xử lý 8 bit). Giao diện không thân thiện với người sử dụng. Tốc độ tính toán không cao. Không lưu trữ hoặc lưu trữ với dung lượng rất ít. 1.1.3.3. PLC Độ phức tạp và tốc độ xử lý không cao. Giao diện không thân thiện với người sử dụng. Không lưu trữ hoặc lưu trữ với dung lượng rất ít. Môi trường làm việc khắc nghiệt. 1.1.4 Ưu điểm khi sử dụng hệ thống điều khiển với PLC: Sự ra đời của hệ thống điều khiển PLC đã thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũng như các quan niệm thiết kế về chúng, hệ thống điều khiển dùng PLC có nhiều ưu điểm sau: Giảm 80% số lượng dây nối. Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp. Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa được nhanh chóng và dễ dàng. Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính, màn hình) mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết bị xuất nhập. Số lượng Relay và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển. Số lượng tiếp điểm trong chương trình không hạn chế. Thời gian hoàn thành một chun trình điều khiển rất nhanh (vài ms) do đó tăng cao tốc độ sản xuất. Chi phí lắp đặt thấp. Độ tin cậy cao. Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút thuận tiện cho quá trình bảo trì và sửa chữa hệ thống. Trang 5 Đồ án 1 GVHD: Phan Minh Thân 1.1.5 Ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC: Từ các ưu điểm trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp: các máy móc công nghiệp (hệ thống nâng vận chuyển, dây chuyền đóng gói, các Robot lắp ráp sản xuất…), máy nông nghiệp (trạm bơm…), thiết bị y tế… 1.2. Hệ thống điều khiển PLC S7-300. 1.2.1 Các tính năng của PLC S7-300: Hệ thống điều khiển kiểu Module nhỏ gọn cho các ứng dụng trong phạm vi trung bình. Có nhiều loại CPU. Có nhiều Module mở rộng. Có thể mở rộng tới 32 Modules Các Bus nối tích hợp phía sau các Module. Có thể nối mạng Multipoint Interface (MPI), Profibus hoặc Industrial Ethernet. Thiết bị lập trình trung tâm có thể kết nối đến các Module. Không hạn chế rãnh. Cài đặt thông số và cấu hình với công cụ trợ giúp “HW-config”. 1.2.2 Các Module của S7-300: Module CPU: Trang 6 Đồ án 1 GVHD: Phan Minh Thân Module CPU là Module chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, bộ định thì, bộ đếm, cổng truyền thông (RS 485)…và có thể còn có một vài cổng vào/ra số. Các cổng vào/ra số có trên module CPU được gọi là cổng vào/ra onboard như CPU 314IFM. Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau. Nói chung chúng được đặt tên theo bộ xử lý có trong nó như module CPU312, module CPU314, module CPU315… Những module cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ, việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ phân biệt với nhau trong tên gọi bằng cách thêm cụm chữ IFM (Intergrated Function Module). Ví dụ module CPU 313IFM, module CPU 314IFM… Ngoài ra, còn có loại module CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán như mạng PROFIBUS (PROcess FIeld BUS). Tất nhiên kèm theo cổng truyền thông thứ hai này là những phần mềm tiện dụng thích hợp cũng đã được cài đặt sẵn trong hệ điều hành. Các loại module CPU này được phân biệt với các loại module CPU khác bằng cách thêm vào 1cụm từ DP (Distributed Port). Ví dụ như module CPU3152DP. Tham khảo hình dưới đây: Các loại module mở rộng: Trang 7 Đồ án 1 GVHD: Phan Minh Thân PS (Power Supply): module nguồn nuôi gồm có 3 loại: 2A, 5A và 10A. SM (Signal Module): Module mở rộng tín hiệu vào/ra gồm: DI (Digital Input): module mở rộng các cổng vào số với số lượng cổng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy từng loại module. Gồm 24VDC và 124/230 VAC. DO (Digital Output): module mở rộng các cổng ra số với số lượng cổng có thể là 8,16 hoặc 32 tùy từng loại module. Gồm 24VDC và ngắt điện từ. DI/DO (Digital Input/Digital Output): module mở rộng các cổng vào/ra số với số lượng cổng có thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/16 ra tùy từng loại mdule. AI (Analog Input): module mở rộng các cổng vào tương tự. Chúng là những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bits (AD), tức là mỗi tín hiệu tương tự được chuyển đổi thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 bits. Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tùy từng loại module. Tín hiệu vào có thể là áp, dòng, điện trở. AO (Analog Output): module mở rộng các cổng ra tương tự. Chúng là những bộ chuyển đổi số tương tự 12 bits (DA). Số các cổng ra tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tùy theo loại module. Tín hiệu ra có thể là áp hoặc dòng. AI/AO (Analog Input/Analog Output): module mở rộng các cổng vào/ra tương tự. Số các cổng tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4 vào/4 ra tùy theo từng loại module. IM (Interface Module): Module ghép nối. Đây là loại module chuyên dụng có tác dụng nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi một module CPU. Thông thường các module mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack (hình 2.3). Trên mỗi thanh rack chi có thể gá tối đa 8 module mở rộng (không kể module CPU, nguồn nuôi). Một module CPU S7-300 có thể làm việc với nhiều nhất 4 racks và các rack nay phải được nối với nhau bằng module IM (hình 2.4): Trang 8 Đồ án 1 GVHD: Phan Minh Thân Trang 9 Đồ án 1 GVHD: Phan Minh Thân Trang 10 Đồ án 1 GVHD: Phan Minh Thân FM (Function Module): module có chức năng điều khiển riêng, ví dụ như module điều khiển động cơ servo, module điều khiển động cơ bước, module PID, module điều khiển vòng kín, module đếm, định vị, điều khiển hồi tiếp… CP (Communication Module): module phục vụ truyền thông trong mạng (MPI, profibus, Industrial Ethernet) giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính. Hình sau là cấu hình đầy đủ của một thanh Rack và sơ đồ kết nối nhiều Rack: Trang 11 Đồ án 1 GVHD: Phan Minh Thân Hình 2.6: Cấu hình tổng quát của một PLC S7-300 với 4 thanh Rack nối tiếp với nhau nhờ module IM và cáp nối 368 Phụ kiện: Bus nối dữ liệu (Bus connector) Kiểm tra phần cứng. Kiểm tra bằng cách nhìn LED ở bộ nguồn: Trang 12 Tải về bản full