Luận văn Nghiên cứu ứng dụng PLC trong công nghệ sản xuất tại nhà máy xi măng La Hiên Thái Nguyên

ao gồm báo động và kiểm tra số liệu tham số công nghệ. - Sử dụng menu ghi nhớ số liệu và sơ đồ xu thế, có thể dùng để phân tích sự cố và phân tích sự thay đổi của quá trình sản xuất. - In ra báo cáo của quá trình sản xuất. * Trạm công trình sư: - Hoàn thành những nhiệm vụ cơ bản của trạm thao tác. - Quản lý bảo dưỡng hệ thống. - Lập trình hệ thống - Thao tác bố trí quyền hạn. - Kiểm tra dữ liệu quản lý thiết bị. * Mạng công nghiệp: - Trao đổi các số liệu giữa cấp thao tác và cấp điều khiển. - Dự phòng hỗ trợ và cắt đổi giữa các trạm thao tác. - Phần mềm ứng dụng trạm công trình sư đến trạm thao tác, trạm điều khiển. * Điều khiển dòng: - Dòng điều khiển điều tiết tự động cấp liệu đuôi lò. - Dòng điều khiển điều tiết tự động cấp than đầu lò. - Dòng điều khiển điều tiết tự động cấp than lò phân giải đuôi lò. - Dòng điều khiển điều tiết tự động cửa van hồi nước tháp gia ẩm. - Dòng điều khiển điều tiết tự động phối liệu sống. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23 Tóm lại Trong công nghệ sản xuất xi măng có rất nhiều công đoạn có thể được tự động hoá và xây dựng thành một hệ điều khiển DCS mà trong đó phải sử dụng các thiết bị điều khiển thích hợp. Hiện nay có rất nhiều thiết bị điều khiển phục vụ cho các bài toán tự động hoá quá trình đã được sản xuất và bán ra ở rất nhiều nước, một trong những thiết bị đó là thiết bị điều khiển khả trình PLC, thiết bị điều khiển PLC ra đời đã khắc phục được rất nhiều những nhược điểm của hệ thống điều khiển cổ điển điều khiển kiểu Rơle, bản chất của các thiết bị điều khiển PLC là một hệ vi xử lý chuyên dụng phục vụ cho các bài toán điều khiển logíc, khác với điều khiển kiểu rơle thì thiết bị điều khiển PLC hoàn toàn có thể thu thập và lưu trữ dữ liệu, có khả năng điều khiển hệ thống trong nhà máy, hoặc điều khiển một công đoạn nào đó, việc thay đổi bài toán điều khiển hoàn toàn được thực hiện dễ dàng với việc thay đổi chương trình phần mềm trợ giúp… Ở Việt Nam hiện nay có một số thiết bị mang tính thương phẩm cao và được sử dụng khá nhiều, ví dụ như omron với dòng sản phẩm CPM, CQM, Siemen với dòng sản phẩm S5, S7-200, S7-300, S7-400, Mitsubishi… Hiện nay nhà máy đã và đang sử dụng một số sản phẩm của hãng SIEMENS, một sản phẩm hiện nay đang có uy tín trên thị trường Việt Nam và quốc tế, do vậy trong phạm vi đề tài tác giả ứng dụng với sản phẩm PLC S7-300 trong sản xuất là một sản phẩm của hãng SIEMENS. 24 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PLC S7-300 2.1 Mở đầu Ở hệ thống tự động hoá quá trình sản xuất trong công nghiệp trước đây, các hệ thống điều khiển số thường được cấu tạo trên cơ sở các rơle và các mạch điện tử logic kết nối với nhau theo nguyên lý làm việc của hệ thống. Đối với các hệ thống làm việc đơn giản và có tính độc lập thì việc sử dụng các phần tử logic có sẵn liên kết cứng với nhau rất có ưu điểm về giá thành. Tuy nhiên trong các hệ thống điều khiển phức tạp, nhiều chức năng thì việc cấu trúc theo kiểu liên kết cứng có nhiều nhược điểm như: - Hệ thống cồng kềnh, đấu nối phức tạp dẫn tới độ tin cậy kém. - Trường hợp cần thay đổi chức năng của hệ thống hoặc sửa chữa các hư hỏng sẽ rất khó khăn và mất nhiều thời gian nếu hệ thống là phức tạp, số lượng rơle là lớn. Sự phát triển của máy tính điện tử, sự phát triển của tin học cùng với sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động, dựa trên cơ sở tin học gắn liền với hàng loạt những phát minh liên tiếp như mạch tích hợp điện tử - IC - năm 1959, bộ vi xử lý - năm 1974... những phát minh đó đã đóng góp một vai trò quan trọng và quyết định trong việc phát triển mạnh mẽ kỹ thuật máy tính và các ứng dụng của nó trong khoa học kỹ thuật như PLC, CNC... Thiết bị điều khiển khả trình PLC ra đời cho phép khắc phục được rất nhiều nhược điểm của các hệ điều khiển liên kết cứng trước đây và việc sử dụng PLC đã trở nên rất phổ biến trong công nghiệp tự động hóa. PLC (Programmable Logic Controler) là thiết bị điều khiển lập trình được (hay còn gọi là khả trình), cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình, PLC thực chất là một máy tính, nhưng điểm khác ở đây là nó được thiết kế chuyên cho lĩnh vực điều khiển và làm việc được trong điều kiện phức tạp với sự thay đổi của nhiệt độ, độ ẩm, hay nói một cách khác nó là một máy tính chuyên dụng. 25 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Đặc điểm của PLC: - Được thiết kế bền để chịu được rung động, nhiệt độ, độ ẩm và tiếng ồn. - Có sẵn giao diện cho các thiết bị vào/ra. -Được lập trình dễ dàng với ngôn ngữ điều khiển dễ hiểu, chủ yếu giải quyết được các phép toán logic. Đến nay các thiết bị và kỹ thuật PLC đã phát triển rất mạnh mẽ, những người sử dụng không cần kiến thức về điện tử cũng như kiến thức về máy tính mà chỉ cần nắm vững công nghệ sản xuất, nắm vững phương pháp lập trình để chọn thiết bị cho phù hợp là có thể đưa vào để tự động hóa dây truyền sản xuất đó. 2.2 Các thành phần cơ bản của một PLC 2.2.1 Cấu hình cứng Hình 2.1 trình bày những thành phần cơ bản của bộ điều khiển PLC * Bộ vi xử lý Bộ xử lý (còn gọi là bộ xử lý trung tâm CPU là hạt nhân của PLC) thực hiện các phép toán logic, số học và điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống. Thiết bị lập trình Bộ nhớ Giao diện đầu vào Giao diện đầu ra Bộ xử lý Nguồn cung cấp Hình 2.1. Các thành phần cơ bản của một bộ điều khiển PLC 26 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Bộ xử lý làm việc theo tuần tự từng bước, đầu tiên các thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên tuần tự và được kiểm soát bởi bộ đếm chương trình và chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng. Bộ xử lý liên kết các tín hiệu lạ và thực hiện các phép tính toán rồi đưa kết quả tới đầu ra. Sự thao tác tuần tự của chương trình dẫn đến một thời gian trễ, chu kỳ thời gian này gọi là thời gian quét (scan), thời gian quét phụ thuộc vào dung lương bộ nhớ, phụ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, phụ thuộc vào tốc độ của CPU. Chu kỳ một vòng quét trong PLC được trình bày như hình 2.2. * Bộ nguồn Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC 220v hoặc 110v )6050( Hz thành điện áp thấp cho vi xử lý (5v hoặc 24v) và cho các modul còn lại. * Thiết bị lập trình Thiết bị lập trình được sử dụng để lập các chương trình điều khiển cần thiết sau đó được nạp vào PLC. Thiết bị lập trình có thể là thiết bị lập trình chuyên dụng hoặc có thể là thiết bị lập trình bằng tay, có thể là máy tính cá nhân có phần mềm được cài đặt trên đó. Hình 2.2. Chu kỳ làm việc của PLC Đưa dữ liệu tới ngoại vi Truyền thông nội bộ Thực hiện chương trình Nhập dữ liệu từ đầu vào 27 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Thiết bị lập trình cầm tay chỉ có thể dùng cho những bài toán đơn giản ngắn gọn, còn với những bài toán phức tạp và số lệnh là nhiều thì phải sử dụng những máy lập trình chuyên dụng hoặc có thể sử dụng phần mềm trên máy tính cá nhân để lập trình, chương trình sau khi viết được nạp xuống PLC qua thiết bị ghép nối. * Bộ nhớ Bộ nhớ PLC thường có các bộ nhớ như: RAM và ROM... có dung lượng tùy thuộc vào thiết kế riêng của từng loại PLC, có thể phân chia bộ nhớ của PLC ít nhất thành các vùng sau: - Bộ nhớ điều hành: Hệ điều hành thường nằm trong vùng nhớ của ROM, do được phát triển bởi nhà sản xuất nên ít khi cần thay đổi, hệ điều hành là một chương trình ngôn ngữ máy đặc biệt để chạy PLC, nó chỉ dẫn cho vi xử lý đọc và hiểu các lệnh, các biểu tượng do người sử dụng lập trình, theo dõi mọi trạng thái vào/ra và duy trì giám sát các trạng thái hiện tại của hệ thống. -Bộ nhớ hệ thống Khi hệ điều hành thực hiện nhiệm vụ của mình thường cần một số vùng để lưu giữ kết quả và thông tin trung gian, do đó một phần của bộ nhớ RAM được dùng cho mục đích này. -Bộ nhớ đệm vào/ra CPU không lấy dữ liệu trực tiếp từ đầu vào thiết bị đầu vào cũng như không đưa kết quả đến trực tiếp thiết bị đầu ra ngoại vi, mà nó sẽ đưa các tín hiệu đó đến bộ đệm vào/ra. - Bộ nhớ chương trình Vùng nhớ này dùng để chứa chương trình ứng dụng, đây là vùng nhớ mà hệ điều hành sẽ chỉ cho CPU đọc và thực hiện các lệnh của chương trình, vùng bộ nhớ chương trình nằm trong RAM, lưu ý rằng bộ nhớ RAM có đặc điểm là nội dung bộ nhớ thay đổi nhanh, nội dung bộ nhớ sẽ bị xóa khi có lỗi của nguồn cung cấp và không có nguồn dự phòng, để lưu giữ một cách an toàn thì chương trình điều khiển phải được ghi vào bộ nhớ ERPOM hay EEPROM. 28 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên *Giao diện vào/ra Giao diện này thực hiện công việc ghép nối giữa các thiết bị công nghiệp công suất lớn với điện tử công suất nhỏ, phần lớn các PLC thực hiện với các điện áp từ V155 DC (điện áp TTL và CMOS). Trong khi tín hiệu từ thiết bị vào có thể lớn hơn rất nhiều từ 24V DC đến 240V AC với dòng một vài ampe. Như vậy giao diện này là bộ ghép nối giữa mạch điện tử PLC với thế giới thực bên ngoài do đó phải đảm bảo được trạng thái tín hiệu cần thiết với tính chất cách ly, điều này cho phép PLC có thể được nối trực tiếp với các cơ cấu chấp hành, các thiết bị vào/ra. -Tín hiệu vào được cách ly nhờ linh kiện quang (hình 2.3.a). - Tín hiệu ra được cách ly kiểu rơle và cách ly quang (hình 2.3.b,c). Tín hiệu vào/ra có thể là tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic, ví dụ như tín hiệu vào có thể là từ các công tắc, các bộ cảm biến nhiệt độ, các tế bào Ghép nối quang Tín hiệu đến CPU Diode bảo vệ Mạch phân áp Tín hiệu vào a) PLC Ghép nối quang Tín hiệu ra c) PLC Cầu chì Tín hiệu ra PLC Rơle b) Hình 2.3. Các phương pháp ghép nối giữa PLC với thế giới bên ngoài 29 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên quang điện, thiết bị ra có thể cung cấp cho các cuộn dây công tắc tơ, các rơle, các van điện từ, động cơ nhỏ. 2.2.2. Cấu tạo chung của PLC Kết cấu của PLC thường có 2 kiểu cơ bản là: kiểu modul hóa và kiểu hộp đơn. - Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hóa về cấu hình, chúng được chia nhỏ thành các modul (hình 2.4), tối thiểu phải có modul CPU, các modul còn lại là các modul nhận truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, các modul có chức năng chuyên dụng như modul mờ, modul PID... chúng được gọi là các modul mở rộng, việc sử dụng các modul nào là tùy thuộc vào công việc cụ thể. - Kiểu hộp đơn thường dùng cho các PLC cỡ nhỏ và được cung cấp dưới dạng nguyên chiếc hoàn chỉnh gồm bộ nguồn ( hình 2.5), bộ xử lý, bộ nhớ và các giao diện vào/ra onboard được tích hợp trong một modul, kiểu hộp đơn vẫn có khả năng ghép nối được với các modul ngoài để mở rộng khả năng của PLC. Hình 2.4. Cấu trúc PLC kiểu modul Nguồn CPU IM SM SM SM SM SM CP FM FM Slot 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 30 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 2.5. Cấu trúc PLC kiểu hộp đơn Công tắc nút bấm Sensor nhiệt độ Mạch ghép nối PLC Đầu vào Đầu ra Cuộn hút Đèn chỉ thị Van Mạch phối ghép 2.3. Lập trình cho PLC 2.3.1. Các phƣơng pháp lập trình Từ các cách mô tả hệ tự động kể trên các nhà chế tạo PLC đã soạn thảo ra các phương pháp lập trình khác nhau, các phương pháp lập trình đều được thiết kế sao cho đơn giản, gần với cách mô tả đã được biết đến. Có 3 phương pháp lập trình cơ bản là: - STL (Statement List) ngôn ngữ liệt kê lệnh. - LAD (Ladder Logic) ngôn ngữ hình thang. - CSF (Control System Flowchart) ngôn ngữ hình khối. * Phương pháp STL Đây là phương pháp lập trình thông thường của máy tính, một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, các lệnh được liệt kê thứ tự, để phân biệt các đoạn chương trình người ta dùng mã nhớ, khởi đầu mỗi đoạn người ta dùng lệnh khởi đầu như: LD, L, A, O. 31 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Kết thúc mỗi đoạn thường là lệnh gán cho đầu ra, đầu ra có thể là cho các thiết bị ngoại vi hay hoặc là các rơle nội. * Phương pháp hình thang LAD Đây là ngôn ngữ đồ họa thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển logic (hình 2.6). Mạng Lad là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn chỉnh, theo thứ tự từ trái sang phải, từ trên xuống dưới. Một sơ đồ LAD có nhiều nấc thang, trên mỗi phần tử của biểu đồ hình thang LAD có các tham số xác định tùy thuộc ký hiệu của từng hãng sản xuất PLC. * Phương pháp CSF (Control System Flow) Phương pháp lưu đồ điều khiển CSF trình bày các phép toán logic với các ký hiệu đồ họa đã được tiêu chuẩn hóa ( hình 2.7). Phương pháp lưu đồ điều khiển thích hợp với người đã quen với điều khiển bằng đại số Booole. So sánh các phương pháp biểu diễn: Nhìn chung, mỗi phương pháp biểu diễn kể trên đều có khả năng riêng của nó, tuy nhiên phương pháp STL là vạn năng hơn cả bởi vì nó có thể biểu diễn mọi lệnh trong mọi khối của các phương pháp điều khiển. Trong khi 2 phương pháp CFS và LAD bị hạn chế trong một số lệnh thuộc một số khối nhất định. Chương I0.0 I0.2 I0.1 Q3.0 ( ) Hình 2.6. Ngôn ngữ lập trình dạng LAD  I0.0 I0.1 Q0.0 Hình 2.7. Ngôn ngữ lập trình dạng CSF 32 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên trình được viết dưới dạng CFS hoặc LAD thì bao giờ cũng có thể chuyển sang dạng dạng STL sang dạng CFS và LAD được, ví dụ: - Nhóm lệnh cơ bản dùng trong tất cả các loại khối và có thể được biểu diễn trong cả 3 phương pháp là STL, CFS, và LAD. - Một số nhóm lệnh hệ thống và nhóm lệnh bổ trợ chỉ được dùng trong các khối chức năng và chỉ có thể biểu diễn bằng phương pháp STL. 2.3.2. Thiết bị lập trình Để lập trình cho PLC, ta có thể lập trình trên máy lập trình chuyên dụng (được dùng cho các bài toán phức tạp, cỡ lớn), thiết bị lập trình cầm tay (dùng cho các bài toán cỡ nhỏ và trung bình) hoặc trên máy tính PC (dùng cho các bài toán cỡ trung bình, phức tạp) Mỗi thiết bị PLC đều có một phần mềm chuyên dụng riêng biệt có thể chạy trên hệ điều hành Windown: chẳng hạn với OMRON là phần mềm syswins, s7-200 là phần mềm Microwin, s7-300, 400 là phần mềm Step 7. 2.4. Đánh giá ƣu nhƣợc điểm của PLC 2.4.1. Ƣu điểm Hiện nay với sự phát triển của công nghệ điện tử đã cho phép chế tạo các hệ xử lý tiên tiến, dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý, các bộ điều khiển logic lập trình đã cho phép khắc phục được rất nhiều nhược điểm của các hệ điều khiển liên kết cứng trước đây. Có thể liệt ra một số ưu điểm chính của việc sử dụng PLC gồm: - Giảm bớt được việc nối dây khi kiến tạo hệ thống, giá trị logic của nhiệm vụ điều khiển được thực hiện trong chương trình thay cho việc đấu nối dây. - Tính mềm dẻo cao, trong hệ thống dùng PLC các phần tử điều khiển đã được mô tả sẵn, mối liên kết giữa các phần tử được mô tả bằng chương trình, do vậy khi cần sự thay đổi trong cấu trúc điều khiển thì chỉ cần thay đổi chương trình trong hệ thống. - Không gian lắp đặt nhỏ hơn, PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với hệ điều khiển rơle tương đương. - Dải chức năng rộng. 33 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Tốc độ làm việc cao. - Công suất tiêu thụ giảm. - Lắp đặt đơn giản. - Hệ thống được mở rộng theo khối. - Về giá trị kinh tế: khi xét về giá trị kinh tế của PLC ta phải đề cập đến số lượng đầu ra và đầu vào, số lượng đầu vào/ra mà quá ít thì hệ rơle tỏ ra kinh tế hơn, những khi số lượng đầu vào/ra tăng lên thì hệ PLC sẽ kinh tế hơn hệ rơle. 2.4.2 Nhƣợc điểm Giá của các bộ điều khiển PLC hiện nay vẫn còn đắt, việc sử dụng và chọn lựa PLC phải phù hợp với từng bài toán, nếu không sẽ dẫn đến việc gây lãng phí khi đầu tư không cần thiết. 2.5. PLC S7- 300 2.5.1. Các module của PLC S7 300 2.5.1.1.Module CPU Module CPU là module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông... và có thể còn có một vài cổng vào/ra số. Các cổng vào/ra số có trên module CPU khác nhau, chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó. Bộ nhớ của PLC S7 300 được chia làm 3 vùng chính như sau: - Vùng chứa chương trình ứng dụng, được chia thành 3 miền: + OB (Organization Block): Miền chứa chương trình tổ chức + FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó. + FB (Function Block): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm, có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác. - Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được chia thành 7 miền khác nhau, bao gồm: + I: Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số (Process image input). Trước khi bắt đầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào 34 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên và cất giữ chúng trong vùng nhớ I. Thông thường chương trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I. + Q: Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số (Process image output). Kết thúc giai đoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các cổng ra số. Thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới tận cổng ra mà chỉ chuyển chúng vào bộ đệm Q. + M: Miền các biến cờ. Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập nó theo bit (M), byte (MB), từ (MW) hay từ kép (MD). + T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer), bao gồm việc lưu giữ giá trị thời gian đặt trước (PV - Preset value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV- Current value) cũng như giá trị logic đầu ra của bộ thời gian. + C: Miền nhớ phục vụ bộ đếm (Counter), bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt trước PV, giá trị đếm thời gian tức thời CV và giá trị logic đầu ra của bộ đếm. + PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự (I/O External input). Các giá trị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ được module đọc và chuyển tự động theo những địa chỉ. Chương trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PI theo từng byte (PIB), từng từ (PIW), hoặc theo từng từ kép (PID). + PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module tương tự (I/O External input). Các giá trị theo những địa chỉ này sẽ được module tương tự chuyển tới các cổng ra tương tự. Chương trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PQ theo từng byte (PQB), từng từ (PQW), hoặc từng từ kép (PQD). - Vùng chứa các khối dữ liệu, được chia thành 2 loại: + DB (Data block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối. Kích thước cũng như số lượng khối 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) 35 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên + 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 một số dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xóa hết khi kết thúc chương trình tương ứng trong OB, FC, FB. Miền này có thể được truy nhập từ chương trình theo bit (L), byte (LB), từ LW) hoặc từ kép (LD). 2.5.1.2. Module mở rộng Các module mở rộng được chia thành 5 loại chính: + Module nguồn nuôi PS (Power Supply), có 3 loại 2A, 5A, 10A + Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm: Module mở rộng các cổng vào số (DI-Digital input), Module mở rộng các cổng vào/ra số (DO-Digital output), Module mở rộng các cổng vào/ra số (DI/DO), Module mở rộng các cổng vào tương tự (AI-Analog input), Module mở rộng các cổng ra tương tự (AI-Analog input), Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự (AI/AO). + Module ghép nối IM (Interface module) có nhiệm vụ nối từng nhóm module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi module CPU. + Module có chức năng điều khiển riêng FM (Function module) + Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC hoặc giữa PLC với máy tính. 2.5.2. Cấu trúc chƣơng trình Chương trình cho S7 300 được lưu trong bộ nhớ của PLC ở vùng dành riêng cho chương trình và có thể được lập với hai dạng cấu trúc khác nhau: - Lập trình tuyến tính (Liear programming): Toàn bộ chương trình điều khiển nằm trong một khối bộ nhớ. Loại hình cấu trúc tuyến tính này phù hợp với bài toán tự động nhỏ, không phức tạp. 36 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Khối được chọn phải là khối OB1, là khối mà PLC luôn quét và thực hiện các lệnh trong nó thường xuyên,từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và quay lại lệnh đầu tiên (hình 2.8) - Lập trình có cấu trúc (Structure programming): chương trình được chia thành những phần nhỏ ( chương trình con FC hay FB), mỗi phần thực hiện một nhiệm vụ cụ thể của bài toán điều khiển chung và toàn bộ các phần này lại được sự quản lý thống nhất bởi khối OB1. Trong OB1 có các lệnh gọi những khối chương trình con theo thứ tự phù hợp với bài toán điều khiển đặt ra. Một nhiệm vụ cụ thể có thể còn được chia thành nhiều nhiệm vụ cụ thể và nhỏ hơn nữa, do đó, một chương trình con cũng có thể được gọi từ một khối chương trình con khác. Lập trình có cấu trúc dạng như hình 2.9. 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: Vòng quét OB1 Hình 2.8. Cấu trúc lập trình tuyến tính lệnh 1 ---------------------------- lệnh 2 ---------------------------- lệnh thứ i ---------------------------- lệnh cuối cùng Hệ điều hành OB1 FC1 FB5 FC2 FC7 FB3 FB9 ... ... Hình 2.9. Lập trình cấu trúc 37 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên + Khối OB (Organization Block): Tổ chức và quản lý chương trình điều khiển. + Khối FC (Program Block): Khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm (chương trình con có nhiều biến hình thức) + 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. + Khối DB (Data Block): Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình. Trên cơ sở của việc phân tích các khối chức năng và nguyên lý làm việc của PLC nói chung và PLC S7-300 nói riêng, phần tiếp theo của đề tài sẽ đi xây dựng các lưu đồ thuật toán nhằm phục vụ cho việc viết chương trình điều khiển để tự động hoá một số quá trình công nghệ cơ bản của nhà máy sản xuất xi măng La Hiên Thái Nguyên. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 Doc du lieu tu sensor Sn Sn = 1 BTn = 1 BTn = 0 0 1 BAT ÐAU KET THUC CHƢƠNG 3 ỨNG DỤNG PLC CHO QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ Để có thể tự động hoá quá trình sản xuất của nhà máy trên cơ sở của các thiết bị khả trình PLC S7-300 trong chương này sẽ đi trình bày các thuật toán phục vụ cho một số công đoạn chính của nhà máy có liên quan mật thiết đến năng suất và chất lượng sản phẩm của đầu ra. Từ các thuật toán này ta có thể viết các chương trình điều khiển PLC phù hợp với công đoạn nạp liệu và đồng nhất nguyên liệu. 3.1. Thuật toán 3.1.1 Chƣơng trình con AUTO Chương trình này có nhiệm vụ xác định có hay không có nguyên liệu để khởi động băng tải. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 BAT ÐAU Nhan du lieu tu nguoi van hanh DLn = 1 0 DLn+1 = 1 KET THUC BTn = 1 BTn = 0 1 1 0 3.1.2 Chƣơng trình con MANU Chương trình này có nhiệm vụ nhận dữ liệu do người vận hành đưa vào để khởi động cho băng tải. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 BAT ÐAU n = 16 n = 0 KET THUC Goi chuong trinh con AUTO n = : n - 1 N Y BAT ÐAU n = 16 n = 0 KET THUC Goi chuong trinh con MANU n = : n - 1 N Y 3.1.3 Chƣơng trình chính trong các chế độ khác nhau Chương trình này dùng để gọi 2 chương trình con AUTO và MANU. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 BAT ÐAU Ðat md , doc n, P m = md KET THUC m = P.n n = N Y md P 3.1.4 Chƣơng trình nạp liệu Chương trình này có nhiệm vụ xác định tốc độ cần phải điều khiển cho băng tải để đạt được giá trị khối lượng yêu cầu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 BAT ÐAU Khoi dong cap 1 T = t1 Khoi dong cap 2 T = t2 Khoi dong cap 3 T = t3 Khoi dong cap 4 T = t4 Khoi dong cap 5 KET THUC 3.1.5 Chƣơng trình khởi động động cơ nghiền Chương trình này có nhiệm vụ khởi động động cơ nghiền theo nguyên tắc thời gian qua 5 cấp điện trở. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 3.2. Cấu hình cứng Trên cơ sở yêu cầu của công nghệ, phần này sẽ thiết kế cấu hình của hệ thống PLC được thể hiện trên hình vẽ: - 1 modul CPU 314 - 1 modul analog AI4/AO2x12bit - 3 modul đầu vào số DI16xDC24V - 2 modul đầu ra số DO16xDC24V/0,5V 3.3. Cấu hình mạng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 3.4. Địa chỉ hoá các đầu vào ra AUTO FC 1 FC 1 AUTO BT1 Q 12.0 BOOL băng tải 1 BT10 Q 13.1 BOOL băng tải 10 BT11 Q 13.2 BOOL băng tải 11 BT12 Q 13.3 BOOL băng tải 12 BT13 Q 13.4 BOOL bang tai 13 BT14 Q 13.5 BOOL băng tải 14 BT15 Q 13.6 BOOL băng tải 15 BT16 Q 13.7 BOOL băng tải 16 BT2 Q 12.1 BOOL băng tải 2 BT3 Q 12.2 BOOL băng tải 3 BT4 Q 12.3 BOOL băng tải 4 BT5 Q 12.4 BOOL băng tải 5 BT6 Q 12.5 BOOL băng tải 6 BT7 Q 12.6 BOOL băng tải i 7 BT8 Q 12.7 BOOL băng tải 8 BT9 Q 13.0 BOOL băng tải 9 R_1 Q 16.4 BOOL CC rung 1 R_2 Q 16.5 BOOL CC rung 2 R_3 Q 16.6 BOOL CC rung 3 buttonR3 I 8.6 BOOL chạy cơ cấu rung R1 SELECT AUTO/MANUAL FC 5 FC 5 chọn AUTO/MANUAL SELECT START/STOP FC 4 FC 4 chọn START/STOP D_nghien Q 16.3 BOOL Đ /C nghiền ERRO Q 16.7 BOOL đèn báo lỗi trong dây chuyền ERROR FC 3 FC 3 ERROR GT1 Q 16.0 BOOL gau tai so 1 GT2 Q 16.1 BOOL gau tai so 2 GT3 Q 16.2 BOOL gau tai so 3 START/STOP I 8.0 BOOL khởi động HT E b/t1 I 4.0 BOOL lỗi băng tải 1 E b/t10 I 5.1 BOOL lỗi băng tải 10 E b/t11 I 5.2 BOOL lỗi băng tải 11 E b/t12 I 5.3 BOOL lỗi băng tải 12 E b/t13 I 5.4 BOOL lỗi băng tải 13 E b/t14 I 5.5 BOOL lỗi băng tải 14 E b/t15 I 5.6 BOOL lỗi băng tải 15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 E b/t16 I 5.7 BOOL lỗi băng tải 16 E b/t2 I 4.1 BOOL lỗi băng tải 2 E b/t3 I 4.2 BOOL lỗi băng tải 3 E b/t4 I 4.3 BOOL lỗi băng tải 4 E b/t5 I 4.4 BOOL lỗi băng tải 5 E b/t6 I 4.5 BOOL lỗi băng tải 6 E b/t7 I 4.6 BOOL lỗi băng tải 7 E b/t8 I 4.7 BOOL lỗi băng tải 8 E b/t9 I 5.0 BOOL lỗi băng tải 9 Er1 I 9.2 BOOL lỗi rung R1 Er2 I 9.3 BOOL lỗi rung R2 Er3 I 9.4 BOOL lỗi rung R3 D/L DB 1 DB 1 luu tru D/L MANUAL FC 2 FC 2 MANUAL buttonR1 I 8.4 BOOL rung R1 buttonR2 I 8.5 BOOL rung R2 S b/t1 I 0.0 BOOL sensor BT 1 S b/t10 I 1.1 BOOL sensor BT 10 S b/t11 I 1.2 BOOL sensor BT 11 S b/t12 I 1.3 BOOL sensor BT 12 S b/t 13 I 1.4 BOOL sensor BT 13 S b/t14 I 1.5 BOOL sensor BT 14 S b/t15 I 1.6 BOOL sensor BT 15 S b/t16 I 1.7 BOOL sensor BT 16 S b/t2 I 0.1 BOOL sensor BT 2 S b/t3 I 0.2 BOOL sensor BT 3 S b/t4 I 0.3 BOOL sensor BT 4 S b/t5 I 0.4 BOOL sensor BT 5 S b/t6 I 0.5 BOOL sensor BT 6 S b/t7 I 0.6 BOOL sensor BT 7 S b/t8 I 0.7 BOOL sensor BT 8 S b/t9 I 1.0 BOOL sensor BT9 STOP FC 6 FC 6 STOP TT ERROR BT FC 13 FC 13 T/toán ERROR băng tải TT ERROR tai R FC 14 FC 14 T/ toán ERROR tai rung R TT AUTO FC 11 FC 11 T/ toán chế độ AUTO TT MANUAL FC 12 FC 12 T/ toán chế độ MANUAL Sr1 I 8.7 BOOL TH rung R1 Sr2 I 9.0 BOOL TH rung R2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 Sr3 I 9.1 BOOL TH rung R3 AUTO/MANUAL I 8.2 BOOL t ự động bằng tay 3.5. Chƣơng trình thu thập dữ liệu với phần mềm STEP 7 ( được trình bày trong phần phụ lục ) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 CHƢƠNG 4 MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 4.1. Khái niệm cơ bản về Win CC Win CC (the windows control center) trung tâm điều khiển trên Windows. WinCC là một hệ thống phần mềm xây dựng các chương trình điều khiển và giám sát hệ thống tự động hóa đã được tích hợp giao diện Người - Máy (IHMI). WinCC cung cấp khá đầy đủ các thành phần trong hệ thống tự động hóa để có thể viết chương trình điều khiển và giám sát cho hệ thống tự động hóa đang hoạt động hoặc xây dựng các dự án mới. WinCC kết nối với các ứng dụng của window NT trong trường hợp có các thiết kế đồ họa. Window sẽ hỗ trợ các thành phần cần thiết để xây dựng nên giải pháp điều khiển và giám sát quá trình hoàn thiện, mô hình làm việc của wincc được thể hiện trên hình 4.1. Chức năng chính của Win CC - Win CC cho phép người điều hành điều khiển quá trình, ví dụ như ta có thể định nghĩa lại điểm làm vịêc hoặc mở một valve từ màn hình graphic. - Win CC cho phép người điều hành giám sát quá trình. Các quá trình được hiển thị trên màn hình đồ họa, các trạng thái của quá trình được cập nhật theo thời gian như: + Win CC sẽ tự động đưa ra cảnh báo khi trạng thái của quá trình không được tốt. Ví dụ như: việc đặt lại giá trị của một valve nào đó vượt quá giới hạn cho phép, một thông báo (message) sẽ xuất hiện trên màn hình. Hình 4.1. Mô hình làm việc của WinCC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 + Các giá trị của quá trình có thể tự động lưu trữ trong phần bộ nhớ của hệ thống hoặc in ra dưới dạng văn bản. Điều này có nghĩa Win CC có thể tạo ra hệ thống các tài liệu lưu trữ dữ liệu quá trình điều khiển dưới dạng các bộ nhớ như: đĩa CD, đĩa mềm, đĩa cứng... hoặc có thể tự động in ấn và lưu trữ dưới dạng văn bản giúp người dùng có thể truy cập vào dữ liệu của quá trình sản xuất đã qua. 4.2.. Những đặc điểm chính của WinCC - WinCC là một phần của thuật ngữ Tự động hóa tích hợp toàn diện TIA (Totally Intergrated Automation) của hãng Simiems, WinCC tương tích và làm việc tốt nhất với các thiết bị tự động hóa được chế tạo từ nhà sản xuất SIMIEMS. Ngoài các thiết bị tự động của các nhà sản xuất khác cũng được tích hợp trong WinCC, điều này có nghĩa Win CC có thể tương thích với các hệ thống có các thiết bị được cung cấp từ nhiều hãng khác nhau. - Cơ sở dữ liệu mới: Dữ liệu của WinCC bao gồm dữ liệu quá trình được tạo bởi WinCC còn cơ sở dữ liệu kỹ thuật được tạo bởi SQL hoặc Microsoft Excel hoặc Access... Hình 4.2 mô tả khả năng kết nối dữ liệu từ các cơ sở dữ liệu được cấu trúc khác nhau như: SQL, MS acces, MS excel... - WinCC có thể tích hợp với mọi qui mô của quá trình tự động, một loạt các cấu hình được cung cấp như: từ hệ thống một người dùng (Single - user system), hệ Hình 4.2. Khả năng kết nối ở Wincc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 thống đa người dùng (Multi client - serverr system) cho đến hệ có dự phòng, các hệ phân tán (Distributed system) với một vài server. Hình 4.3 mô tả hệ thống Win CC một người dùng. - Hệ thống Single - user thường được dùng cho việc giám sát và điều khiển một phần của phân xưởng sản xuất, số biến quá trình cho phép của hệ thì phụ thuộc vào licence. Hệ thống Multi - user bao gồm một server và một vài client phụ thuộc vào quy mô của hệ thống tự động hóa. Server và client được nối với nhau thông qua một mạng LAN theo chuẩn truyền thông TCP/IP. Một BUS quá trình (Process BUS) được dùng để nối từ server đến hệ thống tự động (Automation system - AS). Hình 4.4 Mô tả cấu trúc hệ đa người dùng với một servervà nhiều client, số lượng client phụ thuộc vào yêu cầu của hệ thống. Hình 4.3. Hệ thống Single - User System Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50 Hệ Multi client - user được thiết kế trên nguyên tắc cơ bản client- server, server sẽ đáp ứng các nhiệm vụ cơ bản sau: + Kết nối hệ thống tự động hóa. + Kết hợp giữa các client. + Cung cấp cho các client các biến quá trình, lưu trữ dữ liệu, thông báo, các screen và các chuẩn truyền thông. Mỗi một server có thể cho phép kết nối tối đa với 16 client. Cấu hình của WinCC có thể được thay đổi ở bất kỳ thời điểm nào. Ngoài WinCC là một hệ thống giao diện Người - Máy (HMI) có khả năng tương thích mạng với công cụ Web - base, các giải pháp client như Thin - Client solution... 4.3. Các thành phần của WinCC WinCC có cấu trúc modul hóa, một hệ thống WinCC cơ bản được chia thành 2 dạng modul là các WinCC và các WinCC add - on. Hình 4.4. Hệ thống Multi - User System Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 Hệ thống WinCC cơ bản được tạo bởi phần cấu trúc (Configuration Sofware) (CS) dành để thực hịên soạn thảo và phần chương trình chạy (RuntimeSofware) (RT) dành để thực hiện chạy chương trình. Trình Runtime thực hiện các giao tiếp (Gồm giao tiếp cứng và giao tiếp mềm) giữa phòng điều hành và phân xưởng sản xuất. Chỉ khi chạy Runtime thì WinCC có thể nhận được các giá trị từ hệ thống tự động và hệ thống tự động có thể nhận được các lệnh điều khiển từ người điều hành tác động trên các Graphic của các màn hình điều khiển và giám sát của Win CC. Ta dùng phần chương trình Configuration để tạo một dự án.Ta dùng phần chương trình Runtime để thực hịên dự án đó Hình 4.5. Các thành phần của win cc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 4.3.1. WinCC option Các thành phần của Win CC (Win CC option) cho phép ta mở rộng các chức năng của một hệ WinCC cơ bản. WinCC option bao gồm: WIN CC OPTION ỨNG DỤNG WinCC/WebNavigator Cho phép điều hành và giám sát quá trình thông qua đường truyền Intranet và Internet. WinCC/Server Cho phép một hoặc nhiều Win CC Client được kết nối với một Win CC Server. WinCC/User archives Cho phép tạo các lưu trữ dữ liệu riêng đã được định trước với bất kỳ cấu trúc dữ liệu nào. Các bản ghi dữ liệu có thể được thay đổi từ WinCC hoặc từ các kết nối khác của hệ thống. Đây là cách mà người điều hành có thể thực hiện ví dụ như đặt vào một kiểu dữ liệu trong WinCC, ghi dữ liệu vào phần the user archives và nếu cần có thể bỏ qua dữ liệu này trong chương trình quản lý hệ thống tự động hoá. WinCC/Redundancy Cho phép hoạt động với các Server dự phòng. Hình 4.6. Cấu trúc của win cc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53 WinCC/ProAgent Cho phép WinCC hiểu được các chuẩn đoán lỗi quá trình (Process diagnotic) tự hệ thống tự động S7 WinCC Messsenger Cho phép gửi Enmail dưới dạng âm thanh hình ảnh tới các quá trình tự động khác hoặc cho người điều hành. Đây là các lợi thế của các thông báo (Messager) các báo cáo (reports), màn hình cảnh báo bằng Email tới bất kỳ một vùng nào trong hệ thống, nghĩa là WinCC cho phép điều khiển và giám sát từ xa một cách dễ dàng. WinCC/Guardian Đây là các lợi thế của các máy video theo dõi ở các vùng nhạy cảm. Sự thay đổi của trạng thái, màu sắc hoặc sự chuyển động sẽ được quá trình ghi lại bằng một camera và được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu dạng Video Clip. WinCC/Industrial X Các điều khiển tích cực trong Windows (Active X controls) sẽ được tích hợp trong WinCC. WinCC/CDK WinCC có thể sử dụng các ngôn ngữ lập trình khác nhau để thực hiện kết nối các phần trong hệ thống tự động. WinCC/Basic process Conltrol Cung cấp các dự án điều khiển quá trình vào trong trường hợp hệ thống lớn có nhiều màn hình làm việc. Các màn hình sẽ được sắp xếp theo thứ tự có thể tạo ra ví dụ như: Graphic, WiZard... WinCC/Storage Tạo điều kiện thuận lợi cho việc lưu trữ dữ liệu dưới dạng File khác nhau trên cơ sở dữ liệu của WinCC, nếu cần có thể khôi phục trở lại trong WinCC. .3.2. WinCC Add-ons Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 WinCC add-ons là các sản phẩm và giải pháp cho các ứng dụng đặc biệt có thể được nhà cung cấp thêm nếu người sử dụng có yêu cầu. Đây được coi như các modul mở rộng cho phần mềm cơ bản. 4.4. Hệ thống WinCC (The basic WinCC system) WinCC bao gồm rất nhiều thành phần được chỉ ra trong hình 4.7, tuy nhiên có các thành phần cơ bản không thể thiếu cấu thành một WinCC như sau: *Graphic system *Alarm logging *Archiving system *Logging system *Communication *User Aministration 4.5. Cách thức làm việc với WinCC Hình 4.7 Các thành phần chính của wincc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 WinCC bao gồm hai phần chương trình tách biệt: Phần chương trình cấu trúc (Configuration) và phần chương trình chạy. Cách thức làm việc với wincc chính là cách thức làm việc với hai phần chương trình này. 4.5.1. Phần chƣơng trình cấu trúc (Configuration Sofware - CS) Đây là trình soạn thảo, tất cả các soạn thảo được thực hiện ở trình configuration. WinCC Explorer là thành phần hạt nhân của Configuration software, khi khởi động WinCC cửa sổ WinCC Explorer sẽ được tự động mở, ta tiến hành xây dựng dự án bằng các soạn thảo được hiển thị trên cửa sổ WinCC Explorer, mỗi soạn thảo được gọi là một Subsystem. Các Subsystem quan trọng nhất của WinCC là: + The Graphic System - là soạn thảo tạo màn hình đồ họa Graphic Designer + Alarm logging - là soạn thảo thông báo Alarm logging + The Archiving System - là soạn thảo Tag logging được sử dụng để chỉ ra các dữ liệu được lưu trữ. + The Report System - là soạn thảo dùng để tạo ra các lớp báo cáo Report Designer. + User Adiminstratin là soạn thảo được sử dụng để đăng ký quyền điều hành User Administrator. + Communication - Các giao thức, các thiết bị truyền thông được cung cấp trực tiếp trong WinCC Explorer. Tất cả các soạn thảo thực hiện ở đây sẽ được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu CS. 4.5.2. Phần chƣơng trình chạy (Runtime Software RT) Runtime Software cho phép người dùng điều hành và giám sát quá trình. Nó được sử dụng chủ yếu để thực hện các nhiệm vụ sau: Đọc dữ liệu đã được ghi trong CS database. Hiển thị các Picture trên màn hình. Liên kết với các hệ thống tự động. Lưu trữ các dữ liệu hiện thời, các giá trị quá trình và các thông báo các sự kiện. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56 Điều khiển quá trình thông qua các giá trị đặt ở đầu vào hoặc dùng công tác On/Off. Kết quả quá trình soạn thảo trong cửa sổ WinCC Explorer kết hợp với quá trình chạy thực sẽ được hiển thị ở phần Runtime. 4.6. Sơ đồ chức năng của WinCC Hình 4.8 chỉ ra sự kết nối giữa các subsystem của WinCC và chỉ ra mối quan hệ giữa chúng. Sử dụng các chức năng soạn thảo của Configuration software để tạo Project. Tất cả các soạn thảo của WinCC được lưu trữ trong Configuration database (CS Database). Khi thực hiện chạy chương trình, các thông tin của Project được được ra từ CS data bởi runtime Software và Project được thực hiện. Dữ liệu của quá trình hiện hành được lưu trữ tạm thời trong Runtime Database (RT Database) Graphic System hiển thị các picture trên màn hình, nó chấp hành theo người điều hành, khi người điều hành kích On và Buton hoặc nhập một giá trị ở đầu vào. Việc truyền thông giữa WinCC và hệ thống tự động được thực hiện qua các thiết bị kết nối. Các thiết bị kết nối (chanel) có nhiệm vụ thu thập các giá trị quá trình yêu cầu của tất cả các Runtime thành phần, đọc các giá trị của biến quá trình ở bên ngoài từ hệ thống tự động và nếu cần nó có thể ghi các giá trị mới cho hệ thống tự động. Archiving System ghi các giá trị quá trình vào phần lưu trữ các giá trị quá trình. Các giá trị được lưu trữ bao gồm các giá trị trong Online Trend Control hoặc Online Table Control. Các giá trị quá trình riêng biệt được giám sát bởi Alarm logging. Nếu một giá trị vượt giới hạn, Alarm logging sẽ tạo một thông báo được phát hành bởi Alarm Control. Alarm logging cũng chấp nhận sự điều khiển từ người điều hành và những người quản lý. Alarm logging ghi tất cả các thông báo vào phần message archive. Report System là hệ thống báo cáo của Win CC, Report sẽ được ghi lại dưới dạng văn bản theo yêu cầu hoặc theo các khoảng thời gian đã định trước. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 4.7. Giao tiếp trong WinCC Giao tiếp trong WinCC gồm hai phần: giao tiếp mềm và giao tiếp cứng. Giao tiếp mềm có nhiệm vụ thực hiện các trao đổi giữa các phần mềm ứng dụng như: MS Excel, SQL, SIMATIC Protol hoặc MS Accsess... Các giao tiếp này được thực hiện nhờ sự hỗ trợ của kết nối đối tượng cho điều khiển quá trình - OPC (OLE For process control). WinCC có thể cung cấp dữ liệu cho các phần mềm ứng dụng theo OPC server đã được tích hợp, mặt khác WinCC có thể nhận được dữ liệu của các phần mềm ứng dụng khác qua các OPC Client. Giao tiếp cứng là giao tiếp giữa WinCC với hệ thống tự động AS thông qua các BUS qua trình như: Ethenet hoặc Profibus. Các giao tiếp được điều khiển bởi các thiết bị kết nối được gọilà Chanel. Win CC cung cấp các lựa chọn thiết bị kết Hình 4.8 Biểu đồ làm việc của WinCC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 nối cho hệ thống tự động SIMATIC S5/S7/505, ngoài ra WinCC còn cung cấp các thiết bị kết nối không đòi bản quyền như PROFIBUS DP, DDE, OPC. Các dạng biến quá trình thay đổi phụ thuộc vào liên kết giữa WinCC và hệ thống tự động AS. Mỗi biến quá trình trong WinCC tương ứng với một giá trị quá trình được lưu trữ trong bộ nhớ của thiết bị được nối với AS. Trong khi chạy, dữ liệu của hệ thống tự động sẽ được WinCC lưu trữ, đồng thời WinCC cũng cho phép các hệ thống tự động đọc giữ liệu từ trong bộ nhớ, mặt khác có thể dùng WinCC để thay đổi dữ liệu này. Nghĩa là bằng cách này ta dùng WinCC để điều khiển quá trình. Trên hình 4.9 chỉ ra sự trao đổi dữ liệu giữa WinCC và các hệ thống tự động AS. Các thiết bị truyền thông, các kết nối logic, các biến quá trình. Việc giao tiếp giữa WinCC và hệ thống tự động được thực hiện thong qua các kết nối logic. Các kết nối logic được sắp xếp theo cấp bậc được chỉ ra ở cửa sổ WinCC Explorer hình 4.10. Hình 4.9 Giao tiếp với hệ thống tự động AS Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 Các thiết bị truyền thông có thể tìm thấy trong mục “SIMATIC PROTOCOL SUITE” Một hoặc nhiều giao thức sẽ được cung cấp cho một thiết bị truyền thông. Mỗi giao thức được chọn sẽ chỉ ra một thiết bị truyền thông thường được dùng với giao thức đó Quá trình kết nối trong trình Runtime: Hình 4.10 Trao đổi dữ liệu giữa WinCC và hệ thống tự động AS Hình 4.11 Các phương thức truyền thông trong wincc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 Để cập nhật các giá trị quá trình trong trình Runtime, WinCC thông qua các kết nối cứng (vật lý) để nhận biết các biến quá trình trong vùng quản lý. Các giá trị quá trình sẽ được truyền trên thiết bị truyền thông, dữ liệu đọc được sẽ được ghi vào bộ nhớ làm việc của WinCC với hệ thống tự động AS thông qua các thiết bị truyền thông và các BUS quá trình. 4.8. Tạo các Funtion và các Action Để tạo ra các quá trình làm việc tích cực như: Phát hành các báo cáo hàng ngày, giám sát các biến hoặc thực hiện tính toán tổng kết dữ liệu… ta dùng các Funtion và các Action trong chế độ Runtime. Để tạo được các action và các function ta dùng trình soạn thảo Global Scrip trong cửa sổ WinCC Explorer: Dùng soạn thảo Global Scrip. Tạo và thay đổi các hàm chức năng. Tạo và thay đổi các action. Dùng công cụ Diagnotic để phân tích các hiện tượng xảy ra của hệ thống. Phần này được soạn thảo bằng ngôn ngữ lập trình C Tóm lại: WinCC là một phần mềm dùng để thiết kế, điều khiển và giám sát hệ thống tự động hoá từ việc giám sát điều khiển toàn bộ hệ thống cho đến việc điều khiển và Hình 4.12 Quá trình trao đổi dữ liệu giữa hệ thống tự động và WinCC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 giám sát đến từng biến chi tiết, là một phần mềm chuyên dụng dùng để xây dựng nên các hệ SCADA do hãng Simen soạn thảo và phát triển. WinCC với các màn hình Graphic giao diện thân thiện với người dùng, giúp cho người điều hành có thể giám sát quá trình sản xuất tại bất cứ vị trí nào vào bất cứ thời điểm nào. Đồng thời hệ thống cảnh báo giúp người điều hành loại bỏ các sự cố kịp thời và với các sự cố lớn thì hệ thống có thể tự động loại bỏ tránh các thiệt hại về kinh tế và kỹ thuật đảm bảo an toàn trong sản xuất. Ngoài ra, còn có khả năng lưu trữ dữ liệu, mô hình bảo mật dữ liệu đảm bảo dữ liệu của quá trình sản xuất được lưu trữ an toàn và người sử dụng có thể truy cập vào cơ sở dữ liệu bất cứ khi nào. Từ đó có thể tìm hiểu được quá trình sản xuất. 4.9. Thiết kế các giao diện trên wincc cho việc giám sát hệ thống điều khiển lò quay 4.9.1. Trang chủ Trang này thể hiện các công đoạn trong nhà máy. Do giới hạn của luận văn nên đề tài chỉ mô phỏng cho công đoạn lò quay. Cụ thể là 2 công đoạn cấp liệu cho máy nghiền xi măng và công đoạn nghiền xi măng (Hình 4.9.1) 4.9.2. Trang cấp liệu (Hình 4.9.2) Vận hành cho hệ thống cấp liệu được điều khiển bởi các chế độ: + MAN: chạy bằng tay + AUTO: Chạy tự động + START: chế độ chạy + STOP: chế độ dừng * Lưu ý: -Trong chế độ MAN việc khởi động các băng tải được thực hiện bằng việc click đúp chuột trái. Việc vận hành được thực hiện theo hướng BT5 → BT4 để tránh ùn tắc nguyên liệu. Ví dụ: BT5 → BT3 → BT2 → BT1… -Trong chế độ AUTO, các BT được khởi động thông qua hệ thống sensor đo (có hay không có liệu trong BT). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62 -Hàm lượng Clinke + phụ gia + thạch cao được nhập theo tỉ lệ. Tỉ lệ này phải được thực hiện theo một qui định ngặt nghèo vì nó quyết định mác xi măng. 4.9.3. Trang nghiền xi măng (Hình 4.9.3) Động cơ nghiền (động cơ xoay chiều 3 pha) được khởi động qua 5 cấp điện trở theo nguyên tắc thời gian. Chế độ cảnh báo: trường hợp sự cố xảy ra thì hệ thống sẽ đưa ra tín hiệu cảnh báo sự cố, thông qua trang cảnh báo ta có thể xác định nhanh chóng nguyên nhân xảy ra sự cố, cách khắc phục và điểm sự cố. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 H ìn h 4 .9 .1 T ra n g c h ủ t ổ n g t h ể g iá m s át c ác c ô n g đ o ạn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64 H ìn h 4 .9 .2 a M àn h ìn h g iá m s át c ô n g đ o ạn c ấp l iệ u c h o m áy n g h iề n Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65 H ìn h 4 .9 .2 b M àn h ìn h g iá m s át c ô n g đ o ạn c ấp l iệ u c h o m áy n g h iề n Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 66 H ìn h 4 .9 .3 a M àn h ìn h g iá m s át c ô n g đ o ạn n g h iề n x i m ăn g Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 67 H ìn h 4 .9 .3 a M àn h ìn h g iá m s át c ô n g đ o ạn n g h iề n x i m ăn g Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68 Kết luận Luận văn có đề cập đến việc nghiên cứu và tìm hiểu về bộ điều khiển khả trình PLC và WinCC. Để có thể ứng dụng được PLC vào trong dây truyền sản xuất thì trước hết phải tìm hiểu cặn kẽ qui trình làm việc và các yêu cầu trong dây truyền sản xuất đó. Luận văn đã nghiên cứu một cách kỹ càng công nghệ sản xuất tại nhà máy xi măng La Hiên Thái Nguyên và đã ứng dụng PLC S7 – 300 để tự động hoá dây chuyền sản xuất chính cho nhà máy. Kết quả thấy việc ứng dụng PLC trong công nghệ sản xuất là một việc làm hết sức cần thiết, nó có một ý nghĩa quan trọng đối với một nhà máy trong quá trình hội nhập. Việc sử dụng thiết bị điều khiển khả trình PLC vào công nghệ sản xuất đã làm cho năng suất lao động và chất lượng sản phẩm của nhà máy tăng cao, giá thành sản phẩm giảm, đời sống của người lao động được cải thiện. Sau khi nghiên cứu đề tài rút ra các ý chính sau: - Tìm hiểu công nghệ sản xuất xi măng nói chung, cơ cấu tổ chức, các qui trình công nghệ sản xuất và hệ thống tự động hoá tại nhà máy xi măng La Hiên nói riêng cho cả hệ thống lò đứng và lò quay. -Nghiên cứu các đặc điểm chính của thiết bị khả trình PLC và đi nghiên cứu kỹ các đặc điểm cơ bản của PLC S7-300 phục vụ cho các hệ thống tự động điều khiển trong dân dụng và công nghiệp, và viết chương trinh điều khiển. -Xây dựng thuật toán cho 2 công đoạn chính của qui trình sản xuất xi măng đó là công đoạn nạp liệu và đồng nhất nguyên liệu. -Tìm hiểu phần mềm WinCC và xây dựng các giao diện điều khiển cho các công đoạn chính của nhà máy xi măng La Hiên. Hướng phát triển: -Xây dựng hệ thống điều khiển cho toàn bộ các quá trình công nghệ của nhà máy sản xuất xi măng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69 -Hoàn thiện hệ thống thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất nhằm nâng cao khả năng tự động điều khiển vào đo lường của nhà máy. Do điều kiện về cơ sở vật chất còn giới hạn nên luận văn chỉ dừng lại ở kết quả mô phỏng mà không thực hiện trên mô hình vật lý, tuy nhiên kết quả mô phỏng cũng cho thấy tính đúng đắn của đề tài cần nghiên cứu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70 Tài liệu tham khảo 1. Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Văn Hà (2002), Tự động hoá với Simatích S7 – 300, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 2. Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh (2001), Tự động hoá với Simatích S7 – 200, Nhà xuất bản nông nghiệp. 3. Tăng Văn Mùi (2000), Điều khiển lập trình, Nhà xuất bản thống kê. 4. Nguyễn Trọng Thuần (2003), Điều khiển logíc và ứng dụng, Nhà xuất bản thống kê.