Mô hình giám sát và điều khiển động cơ bước

phần mềm S7-200 PC Access để liên kết. Đây cũng là một phần được trình bày trong bài luận văn này. Đề tài mà tôi thực hiện là một ví dụ thực tiển: Mô hình giám sát và điều khiển động cơ bước. Nội dung đề tài bao gồm các vấn đề sau: Tìm hiểu về S7-200 (CPU 226CN) để lập trình. Tìm hiểu về WinCC, PC Access. Thiết kế được mô hình giám sát và điều khiển động cơ bước dùng PLC S7-200 để thực hiện cắt giấy theo một chiều dài định sẵn và có sự giám sát của máy tính. 2. Giới hạn đề tài: Với thời gian gần bảy tuần thực hiện đề tài, cũng như trình độ chuyên môn có hạn nên ở đề tài này chỉ làm: Tìm hiểu về các bộ điều khiển động cơ bước và sử dụng S7-200 (CPU 226CN) để lập trình, tìm hiểu về PC Access, HMI và dùng WinCC để giám sát mô hình cắt giấy tự động. Rất mong nhận được sự góp ý kiến quý thầy cô và các bạn sinh viên để hoàn thiện hơn về về tài này. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN 1. Giới thiệu sơ lược về PLC S7-200. 1.1 Giới thiệu tổng quát về họ PLC S7. Họ PLC S7 là một họ PLC mạnh, tốc độ xử lý cao, khả năng quản lý bộ nhớ tốt, kết nối mạng công nghiệp. Hiện nay họ PLC S7 gốm có S7-200, S7-300, S7-400. Mỗi một thế hệ PLC lại có nhiều chủng loại CPU khác nhau. Đối với PLC S7, có thể thực hiện các phép toán lo6gic, đếm, định thời, các thực toán phức tạp và thực hiện truyền thông với các thiết bị khác. Một số thông số kỹ thuật của S7-200 CPU22X. 1.2 Cấu hình vào ra của S7-200 CPU226CN 1.3 Những khái niệm cơ sở của PLC S7-200 1.3.1 khái niệm vòng quét của PLC Đọc dữ liệu đầu vào: Đọc các trạng thái vật lý ( Input ) vào bộ đệm ảo ( IR – Input Register ). Thực thi chương trình: CPU đọc dữ liệu từ IR, thực hiện chương trình phần mềm, kết quả dược lưu lại ở các vùng nhớ thích hợp và bộ đệm ảo đầu ra ( OR – Output Register ). Xử lý các yêu cầu truyền thông ( Option ) : nếu có yêu cầu truyền thông xử lý ngắt. Tự chuẩn đoán lỗi: CPU kiểm tra lỗi của hệ điều hành trong Rom, các vùng nhớ và các trạng thái làm việc của các module mở rộng. Xuất kết quả ở đầu ra : CPU đọc kết quả từ OR, và xuất kết quả ra các cổng vật lý. Một số lưu ý : Đầu vào số : + Nếu không dùng tính năng I ( Immediately ) thì dữ liệu đầu vào được cập nhật tại bộ đệm ảo. + Nếu dùng tính năng này, chương trình bỏ qua bộ đệm ảo. Đầu vào tương tự : + Nếu bỏ qua tính năng lọc tương tự, thì chương trình sẽ lấy trực tiếp dữ liệu tại cổng vật lý. + Nếu dùng tính năng này, thì chương trình sẽ đọc các giá trị được lưu lại. Mô tả vòng quét : + Mỗi một vòng quét cơ bản của PLC mất từ 3ms – 10ms, tùy thuộc vào số lượng cũng như kiểu lệnh viết trong chương trình. 3 Thay đổi mức logic đầu vào 1/Thời cập nhật bộ đệm đầuvào. 2/ Thời gian thực thi chương trình. 3/ Thời gian xuất kết quả ra cổng vật lý. 1.3.2 Phân chia vùng nhớ trong S7-200 : a. Vùng đệm ảo đầu vào ( I ; I0.0- I15.7 ): CPU sẽ truy cập các đầu vào vật lý tại đầu mỗi chu kỳ quét và ghi dữ liệu vào bộ đệm ảo. Định dạng truy cập : b. Vùng đệm ảo đầu ra ( Q ; Q0.0-Q15.7 ): Cuối mỗi chu kỳ quét, CPU S7-200 sẽ truy cập dữ liệu từ bộ đệm ảo xuất ra các đầu ra vật lý. Định dạng truy cập : c. Vùng nhớ thời gian ( T ; T0-T255): Vùng nhớ này dùng cho các bộ thời gian của S7-200. Đối với một bộ Timer có hai hình thức truy cập vùng nhớ, truy cập theo Timer bit hoặc Current Value. Định dạng truy cập : Tùy theo lệnh sử dụng trong chương trình mà cho phép ta truy cập theo Timer bit hay Current value. d. Vùng nhớ bộ đếm ( C ; C0-C255 ): Vùng nhớ này dùng cho các bộ đếm của S7-200. Đối với một bộ Counter có hai hình thức truy cập vùng nhớ, truy cập theo Counter bit hoặc Current Value. Định dạng truy cập : Tùy theo lệnh sử dụng trong chương trình mà cho phép ta truy cập theo Counter bit hay Current Value. e. Vùng nhớ đặc biệt ( SM ) : Vùng nhớ này cung cấp các bit truyền thông giữa CPU và chương trình. Các bit này được dùng để lựa chọn và điều khiển một số chức năng đặc biệt của CPU S7-200. Định dạng truy cập : 1.3.3 Truy cập dữ liệu gián tiếp thông qua con trỏ: a. Con trỏ ( Pointer ) : là một ô nhớ có kích thước một từ kép ( double word ) chứa địa chỉ của một ô nhớ khác. Khi ta truy cập vào ô nhớ của con trỏ có nghĩa ta đang đọc địa chỉ của ô nhớ mong muốn. Có 3 vùng nhớ trong S7-200 cho phép dùng làm con trỏ : V, L, AC1, AC2, AC3. S7-200 cho phép dùng con trỏ để truy cập các địa chỉ nhớ sau: I, Q, V, M, S, T ( current value ) , C ( current value ). S7-200 không cho phép dùng con trỏ để truy cập các địa chỉ nhớ AL, AQ, HC, SM, L và địa chỉ dưới dạng bit. Khi sử dụng cách truy cập dữ liệu thông qua con trỏ, trong S7-200 sử dụng 2 ký tự & và *. + Ký tự &: Dùng để khởi tạo con trỏ. Ví dụ : MOVD & VB200, AC1. Chuyển địa chỉ VB200 ( không chuyển nội dung ) vào thanh ghi AC1. Thanh ghi AC1 trở thành con trỏ. + Ký tự * : Dùng để truy cập nội dung ô nhớ có địa chỉ chứa trong con trỏ. Ví dụ : MOVB *AC1, VB200. Chuyển nội dung ô nhớ có địa chỉ lưu trong con trỏ AC1 vào ô nhớ có địa chỉ VB200. Ví dụ : b. Lưu ý : Để thay đổi nội dung con trỏ : Sử dụng lệnh tăng +D ( Tăng từ kép, do con trỏ là một thanh ghi 32 bit). Nếu truy cập theo byte : Tăng nội dung con trỏ lên 1. Nếu truy cập theo word : Tăng nội dung con trỏ lên 2. Nếu truy cập theo double word: Tăng nội dung con trỏ lên 4. 1.4 Lựa chọn ngôn ngữ lập trình: Trong S7-200 cho phép lựa chọn 3 ngôn ngữ lập trình : Ngôn ngữ LADDER ( LAD ). Ngôn ngữ STL. Ngôn ngữ FBD. Ba ngôn ngữ này về mặt hình thức có thể chuyển đổi lẫn cho nhau. Việc lựa chọn ngôn ngữ lập trình là tùy theo thói quen, sở thích cũng như kinh nghiệm của người sử dụng. 1.4.1 Ngôn ngữ LADDER : Là ngôn ngữ lập trình đồ họa dựa trên cơ sở sơ đồ trang bị điện, việc kết nối lập trình đồ họa giống với việc thiết lập các sơ đồ relay- contactor. Một chương trình nguồn viết bằng LAD được tổ chức thành các network, mỗi network thực hiện một công việc nhỏ. S7-200 đọc chương trình từ trên xuống dưới, từ trái qua phải, sau đó lập lại ở vòng quét tiếp theo. Ví dụ ngôn ngữ LADDER: 1.4.2 Ngôn ngữ STL : Là ngôn ngữ lập trình dưới dạng Text gần giống với lập trình hợp ngữ trong vi điều khiển và vi xử lý, là một ngôn ngữ mạnh cho phép tạo ra một chương trình mà LAD và FBD rất khó tạo ra. Một chương trình viết dưới dạng STL được tổ chức thành các network, mỗi network thực hiện một công việc nhỏ. S7-200 đọc chương trình từ trên xuống dưới, sau đó lập lại ở vòng quét tiếp theo. Ví dụ ngôn ngữ STL: 1.4.3 Ngôn ngữ FBD : Là ngôn ngữ lập trình đồ họa dựa trên cơ sở kết nối các khối hàm, sử dụng các ký hiệu logic giống với đại số boolean. Các hàm toán học phức tạp cũng được thể hiện dưới dạng khối với các đầu vào đầu ra thích hợp. S7-200 đọc chương trình từ trên xuống dưới, từ trái qua phải, sau đó lập lại ở vòng quét tiếp theo. Ví dụ ngôn ngữ FBD : 2. Giới thiệu về S7-200 PC ACCESS S7-200 PC ACCESS được dùng trong luận văn này với mục đích kết nối giữa S7-200 và Wincc, để làm được điều này ta cần tìm hiểu về cách cài đặt và sử dụng của nó như thế nào . 2.1. Cài đặc S7-200 PC Access Các bước thực hiện: Trên thanh Taskbar, chọn All Programs > Run. Hộp thoại Run xuất hiện, chọn nút Browse. Hộp thoại Browse xuất hiện, chọn đường dẫn đến chương trình cài đặt. Chọn file Setup, rồi nhấp Open để mở. Hộp thoại Run xuất hiện, nhấp OK. Hộp thoại Choose Setup Language xuất hiện, chọn ngôn ngữ English, rồi nhấp OK. Vệt sáng xuất hiện lan dần qua phải trên hộp thoại cho biết chương trìng đang cài đặt. Hộp thoại InstallShield Wizard xuất hiện, nhấp Next tiếp tục cài đặt. Hộp thoại kế tiếp xuất hiện, chọn Yes. Hộp thoại hiển thị đường dẫn cài đặt chương trình. Nếu muốn thay đổi đường dẫn chọn nút Browse. Ở đây ta giữ nguyên đường dẫn mặc định, Nhấp Next. Vệt sáng xuất hiện lan dần từ trái sang phải cho biết quá trình cài đặt đang tiến hành Bảng SIMATIC Device Drivers Setup xuất hiện. Sau khi các vệt sáng chạy xong, hộp thoại Set PG/PC Interface xuất hiện, nhấp OK. Hộp thoại InstallShield Wizard xuất hiện, nhấp Finish kết thúc quá trình cài đặt. 2.2 Cách sử dụng S7-200 PC Access : 2.2.1 Tạo sự kết nối cho một PLC : Trong S7-200 PC Access với trợ giúp OPC bao gồm 3 biến đối tượng : PLC Folder ( không cần thiết) Item Khi tạo một dự án mới, việc kết nối PLC phải được làm trước với hai bước sau a. Thiết lập cấu hình giao tiếp : Khởi động S7-200 PC Access, tù thanh Taskbar chọn Start > Simatic > S7-200 PC Access. Mở một dự án mới, chọn File > New, cửa sổ Unititled- S7-200 PC Access xuất hiện. Nhấp phải vào Microwin chọn PG/PC Interface.. Cửa sổ Set PG/PC Interface xuất hiện . Nhấp chọn PC/PPI cable(PPI), rồi chọn Properties, xuất hiện hộp thoại Properties – PC/PPI cable. Chọn địa chỉ và tốc độ truyền cho S7-200 PC Access , thông thường để mặc định như trên, Ở mục Local connection chọn cổng COM cần kết nối với PLC. Sau đó nhấn Ok để chấp nhận. b. Thiết lập cấu hình mới cho một PLC : Trên cửa sổ làm việc của S7-200 PC Access, nhấp phải Microwin chọn New PLC. Cửa sổ PLC Properties xuất hiện, ở mục Name nhập vào tên PLC cần làm việc, ở đây chọn tên PLC1. Ở mục Netwok Address cần phải chọn con số phù hợp với địa chỉ cấu hình của PLC trong dự án Step 7 –Micro/Win, thông thường đối với S7-200 thì mặc định với số 2. 2.2.2 Tạo mục Item : Nhấp phải vào mục PLC1 chọn New, rồi chọn item. Hộp thoại Item properties xuất hiện, ở mục Name nhập tên theo dự án đã tạo ở S7-200, ở mục Address nhập địa chỉ vùng nhớ, ngõ vào ngõ ra phù hợp với dự án mà ta đã thiết lập trên S7-200, sau đó nhấp ok để chấp nhận. Cụ thể sẽ được trình bày ở chương 4. Sau khi nhấn Ok ta được kết quả sau, tương tự ta tạo thêm nhiều Item khác. Sau đó nhấp chuột chọn các item vừa tạo rồi kéo rê thả vào vùng Test Client . 2.2.3Chạy thử, kiểm tra : Nhấp chọn Status > Start test Client. Nếu thấy ở cột Qualty chuyển từ Bad sang Good là việc kết nối đã thành công. 3. Khái quát về động cơ bước: Trong hệ thống tự động và trong máy tính điện tử ngày càng sử dụng rộng rải hệ thống truyền động rời rạc. Các hệ thống truyền động rời rạc này thực hiện nhờ loại động cơ chấp hành đặc biệt gọi là động cơ bước. Động cơ bước thường là động cơ đồng bộ dùng phổ biến các tín hiệu điều khiển dươí dạng các xung điện áp thành các chuyển động góc quay hoặc chuyển động của rotor và có khả năng cố định rotor vào những vị trí cấn thiết. Động cơ bước làm việc được nhờ có bộ chuyển mạch điện tử, để đưa tín hiệu điều khiển vào các cuộn dây stator, theo một thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rotor, phụ thuộc vào thứ tự chuyển và tần số chuyển đổi. 3.1 Phân loại và cấu tạo Động cơ bước cơ bản được chia làm 3 loại: · Động cơ bước nam châm vĩnh cữu. · Động cơ bước biến trở từ · Động cơ bước lai Động cơ bước nam châm vĩnh cữu cơ bản gồm 3 lọai: · Động cơ bước đơn cực · Động cơ bước lưỡng cực · Động cơ bước nhiều pha 3.2 Động cơ bước nam châm vĩnh cữu 3.2.1 Động cơ bước đơn cực: STEP loại đơn cực bao gồm 2 cuộn dây, mỗi cuộn được nối ra ngoài ở giữa cuộn, vì vậy thông thường trên thực tế đây là loại động cơ 5 hoặc 6 dây ra, STEP loại này được điều khiển bẳng cách cho đầu dây chung nối lên nguồn và từng đầu dây còn lại lần lượt được nối mass . Ñoäng cô böôùc ñôn cöïc coù 5 ngoõ ra: trong ñoù coù 4 ñaàu daây coil1÷coil4 duøng ñeå ñieàu khieån coøn ñaàu daây common duøng ñeå noái nguoàn cung caáp. Kí hieäu caùc maøu daây theo qui ñònh nhö hình dưới : Ñoäng cô böôùc ñôn cöïc coù 6 ngoõ ra: trong ñoù coù 4 ñaàu daây coil1÷coil4 duøng ñeå ñieàu khieån, 2 ñaàu daây coøn laïi chính laø daây common ñöôïc taùch ra laøm 2, khi duøng phaûi noái caû 2 vôùi nguoàn cung caáp. Hai daây common naøy coù cuøng maøu. 3.2.2 Động cơ bước lưỡng cực: Động cơ loại lưỡng cực (Bipolar), thường có 4 đầu ra. Về cấu tạo đơn giản hơn nhưng khó cho điều khiển vì phải đảo chiều dòng điện qua cuộn dây a,b. 3.2.3 Động cơ bước nhiều pha: Moät loaïi ñoäng cô böôùc nam chaâm vónh cöûu ít thoâng duïng hôn ñoù laø ñoäng cô böôùc coù taát caû caùc cuoän daây ñöôïc noái tieáp vôùi nhau thaønh voøng kín vaø giöõa moãi caëp daây coù moät ñieåm giöõa goïi laø ñoäng cô böôùc nhieàu pha hay ña cöïc. Kieåu thoâng duïng nhaát laø kieåu 3 pha vaø 5 pha 3.3 Động cơ bước lai: STEP lai là loại kết hộp giữa STEP từ thông thay đổi và loại nam châm vĩnh cửu. Roto cho động cơ STEP lai có nhiều răng , giống như loại từ thông thay đổi, chứa lõi từ hóa tròn đồng tâm xoay quanh trục của nó. Răng của rotor tạo đường dẫn giúp định hướng cho từ thông ưu tiên vào trong lỗ không khí. STEP lai được lái giống như STEP đơn cực và lưỡng cực. 3.4 Động cơ biến từ trở: Thông thường có ba hoặc bốn cuộn dây đấu chung một đầu. Đầu chung được nối với nguồn dương, các đầu còn lại lần lượt cho thông với đất để quay rotor. Trên hình vẽ, rotor có 4 răng và stator có 6 cực. Mỗi cuộn dây sẽ được quấn trên hai cực đối nhau. Vì vậy, giả sử, khi cấp điện cho cực 1 (stator), rotor sẽ quay cực gần nhất (X) để răng thẳng với cực 1. Cắt điện cuộn số 1, tiếp tục cấp điện cho cuộn 2, rotor sẽ quay răng tiếp sau (Y) cho thẳng với cực 2. Cứ như vậy điều khiển quay rotor. 3.5 Nguyên lý hoạt động cơ bản của động cơ bước: · Động cơ bước hoạt động dựa trên việc cấp xung ,nó không có bộ chuyển mạch bên trong nên tất cả mạch đảo phải được điều khiển bên ngoài bằng bộ điều khiển. · Tại mỗi thời điểm sẽ chỉ có một hay hai cuộn dây có điện(tùy vào phương pháp điều khiển là đầy bước hay nửa bước).Khi trạng thái cấp xung thay đổi thì sẽ sinh ra moment xoắn và sẽ làm cho roto quay. · Điều khiển chiều quay động cơ :thay đổi thứ tự cấp xung ,giả sử động cơ đang ở bước thứ 8 ta cấp xung cho bước thứ 7 thì lúc đó nó sẽ quay ngược lại. · Điều khiển tốc độ:thay đổi độ rộng xung và tần số xung . Trong đó : V: vận tốc trung bình của động cơ bước. (vòng/giây) n: số lần dịch bước. t: thời gian động cơ thực hiện n lần dịch bước. (giây) q: góc bước của động cơ (độ) f : tần số dịch bước. 3.6 Các phương pháp điều khiển động cơ bước. · Điều khiển đủ bước · Điều khiển nửa bước · Điều khiển vi bước 3.6.1 Điều khiển đủ bước: a. Một pha: Tại mỗi thời điểm chỉ có 1 mấu được cấp điện. b. Hai pha: Tại mỗi thời điểm sẽ có 2 mấu được cấp điện. 3.6.2 Điều khiển nửa bước:  Khi không có phần nào của mạch từ bão hòa, thì việc cấp điện đồng thời cho hai mấu động cơ sẽ sinh ra một moment xoắn theo vị trí là tổng của các moment xoắn đối với hai mấu động cơ riêng lẻ. Đối với động cơ hai mấu nam châm vĩnh cửu hoặc hỗn hợp, hai đường cong này sẽ là S radians khác pha, và nếu dòng qua hai mấu bằng nhau, đỉnh của tổng sẽ nằm ở vị trí S/2 radians kể tử đỉnh của đường cong gốc, như ở hình dưới   Đấy là cơ bản của điều khiển nửa bước. Moment xoắn giữ là đỉnh của đường cong moment xoắn kết hợp khi hai mấu có cùng dòng lớn nhất đi qua. Đối với động cơ nam châm vĩnh cửu và hỗn hợp thông thường, moment xoắn giữ hai mấu sẽ là:  h2 = (2^0.5) h1  Trong đó:  h1 – moment xoắn giữ trên một mấu  h2 – moment xoắn giữ hai mấu  Điều này cho thấy rằng không có phần nào trong mạch từ bão hoà và moment xoắn theo đường cong vị trí đối với mỗi mấu là hình sin lý tưởng.Hầu hết các bảng hướng dẫn động cơ nam châm vĩnh cửu và biến từ trở đều chỉ ra moment xoắn giữ hai mấu mà không có đưa ra moment xoắn giữ trên một mấu. Nếu bất kỳ phần nào trong mạch từ của động cơ bị bão hoà, hai đường cong moment xoắn sẽ không thể cộng tuyến tính với nhau. Kết quả là moment tổng hợp có thể không nằm chính xác tại vị trí S/2 kể từ vị trí cân bằng ban đầu. 3.6.3 Điều khiển vi bước: Cho phép các bước nhỏ hơn bằng việc dùng các dòng khác nhau qua hai mấu động cơ, như hình vẽ dưới:  Đối với một động cơ hai mấu biến từ trở hoặc nam châm vĩnh cửu, cho rằng các mạch từ không bão hoà và các đường cong moment xoắn trên mỗi mấu theo vị trí là một hình sin hoàn hảo, công thức dưới đây đưa ra những đặc tính chủ chốt của đường cong moment xoắn tổng hợp:  h = ( a2 + b2 )0.5 x = ( S / ( /2) ) arctan( b / a )  Trong đó:  a – moment xoắn áp trên mấu với vị trí cân bằng tại 0 radians b – moment xoắn áp trên mấu với vị trí cân bằng tại S radians h – moment xoắn giữ tổng hợp x -  vị trí cân bằng tính theo radians S – góc bước, tính theo radians.  Khi không có bão hoà, các moment xoắn a và b tỉ lệ với dòng đi qua các mấu tương ứng. Điều này rất thông dụng khi làm việc với các dòng và moment xoắn bình thường, để moment xoắn giữ mấu đơn hoặc dòng cực đại được chấp nhận trong một mấu động cơ là 1.0. 4. Giới thiệu tổng quan về WINCC 4.1 Tạo một án mới trong WinCC Tạo dự án là bước đầu tiên trươc khi tiến hành thiết kế điều khiển một đối tượng cụ thể. Phần này giới thiệu những đặt tính cơ bản của WinCC ( windows control center ), cung cấp một cách tổng quan về các bước soạn thảo một dự án trong wincc 6.0. Để soạn thảo một dự án ( project ) trong Wincc tiến hành thực hiện theo các bước : Tạo một dự án ( project ) mới trong Wincc. Chọn PLC hoặc DRIVERS từ Tag Management. Tạo các biến nội (Internal ). Tạo hình ảnh từ cửa sổ giao diện Graphics Designer. Thiết lập các thuộc tính của hình ảnh được tạo từ Graphics Designer. Thiết lập môi trường thời gian thực hiện. Chạy mô phỏng. 4.1.1 Tạo dự án ( project ) mới. Đầu tiên khởi động chương trình WinCC 6.0 bằng cách: Từ thanh Taskbar, chọn Start > Simatic > WinCC > Windows Control Center 6.0. Hộp thoại WinCC Explorer xuất hiện, trong khung Create a New Project có 3 lựa chọn: Nếu chọn Single-User Project hoặc Multi-User Project phải nhập tên dự án. Để mở một dự án có sẳn chọn Open an Existing Project sau đó tim đến tập tin có đuôi “.mcp”. Dự án này được thực hiện trên máy đơn không có nối mạng, chọn mục Single-User Project. Sau đó, nhấp OK chấp nhận. Hộp thoại Create a new Project xuất hiện, đặt tên cho dự án trong khung Project Name. Trong khung Project Path, chọn ổ đĩa và thư mục để lưu dự án. Tiếp tục nhấp nút Create tạo dự án. Cửa sổ màn hình soạn thảo WinCC Explorer xuất hiện như hình dưới: 4.1.2 Chọn PLC hoặc Drivers từ Tag Management: Để thiết lập kết nối truyền thông giữa Wincc với thiết bị cấp dưới cần có một mạng liên kết chúng với nhau trong việc trao đổi dữ liệu. Do đó, cần chọn một Driver. Driver : Là giao diện liên kết giữa Wincc và PLC Trong cửa sổ soạn thảo, nhấp chuột phải vào mục Tag Management từ trình đơn sổ xuống chọn Add New Driver . Hộp thoại Add New Driver xuất hiện, cho phép chọn mạng kết nối giữa WinCC và PLC . Tuỳ theo từng loại PLC mà ta chọn mạng kết nối cho phù hợp. 4.1.3 Tạo biến: Để tạo kết nối các thiết bị trên một dự án trong WinCC, trước tiên phải tạo các Tags ( biến ) trên WinCC. Biến được tạo dưới Tag Management. Biến gồm có biến nội và biến ngoại: Biến nội ( Internal ): Là biến có sẵn trong WinCC. Những biến nội này là những vùng nhớ trong của WinCC, có chức năng như một PLC thực sự. Biến ngoại ( External ): Là biến quá trình, phản ảnh thông tin địa chỉ của hệ thống PLC khác nhau. Các Tags có thể được lưu trong bộ nhớ PLC hoặc trên các thiết bị khác. Wincc kết nối với PLC thông qua các Tags. Tạo những nhóm biến ( Groups ) thiết bị: khi dự án có một khối lượng lớn dữ liệu với nhiều biến, có thể nhóm các biến này thành một nhóm biến thích hợp theo đúng qui cách. Nhóm biến là những cấu trúc bên dưới sự liên kết PLC, có thể tạo nhiều nhóm biến và nhiều biến trong mỗi nhóm biến nếu cần. a. Tạo các biến nội : Các biến nội dễ dàng được tạo và sau đó được gán vào một PLC thật. Các biến này có nhiệm vụ xử lý và giám sát quá trình hoạt động cũng như vận hành. Tạo biến nội bằng cách nhấp phải vào Internal Tag, chọn New Tag… Hộp thoại Tag Properties xuất hiện, đặt tên biến và chọn dữ liệu cho phù hợp với mỗi kiểu thiết bị. Ví dụ : Nếu biến là “ động cơ’’ chọn dữ liệu Binary Tag. Nếu biến là “ bồn nước” chọn dữ liệu Unsigned 8-bit Value. Trong hộp thoại Tag Properties , biến có nhiều kiểu dữ liệu khác nhau như: Banary Tag: kiểu nhị phân. Unsigned 8-bit value: kiểu nguyên 8 bit không dấu. Signed 8-bit value: kiểu nguyên 8 bit có dấu Unsigned 16-bit value: kiểu nguyên 16 bit không dấu. Signed 16-bit value: kiểu nguyên 16 bit có dấu. Unsigned 32-bit value: kiểu nguyên 32 bit không dấu. Signed 32-bit value: kiểu nguyên 32 bit có dấu. Floating Point Number 32 bit IEEE 754: kiểu số thực 32 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754. Floating Point Number 64 bit IEEE 754: kiểu số thực 64 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754. Text Tag 8 bit character set: kiểu kí tự 8 bit. Text Tag 16 bit character set: kiểu kí tự 16 bit. Raw Data Type: kiểu dữ liệu thô. Biến có thể di chuyển từ nhóm biến này sang nhóm biến khác bằng cách nhấp phải vào biến cần di chuyển từ menu sổ xuống chọn Cut và gán vào nhóm biến cần gán. b. Tạo các biến quá trình: Để tạo biến quá trình nhấp phải vào mục PLC1 chọn New Tag. Hộp thoại Tag Properties xuất hiện, cho phép chọn loại dữ liệu và chuyển đổi lại nếu cần. Đặt tên biến mới trong khung Name, chọn kiểu dữ liệu trong khung Datatype bằng cách nhấp mũi tên bên phải sổ xuống, rồi chọn kiểu dữ liệu cần thiết, sau đó nhấp Select. Hộp thoại Address Properties xuất hiện như hình trên. Trên hộp thoại này mô tả kiểu dữ liệu, địa chỉ vào / ra ( Input/ Output ), bit nhớ. Sau khi chọn xong, nhấp OK kết thúc quá trình lựa chọn. 4.1.4 Tạo hình ảnh, thiết lập các thuộc tính: a. Tạo hình ảnh: Để tạo hình ảnh đầu tiên phải mở giao diện đồ họa. Nhấp phải chuột vào Graphics Designer, từ menu sổ xuống chọn New Picture. Xuất hiện một tập tin bên phải của sổ WinCC Explorer có tên “NewPdl0.Pdl”. Nhấp phải vào nó chọn Open Picture như hình dưới. Cửa sổ giao diện màn hình thiết kế đồ họa Graphics Designer xuất hiện. Cửa sổ Graphics Designer: tạo giao diện đồ họa, cửa sổ gồm những công cụ sau: Color Palette ( bảng màu ): gồm có 16 màu tiêu chuẩn, có thể gán cho màu nền hoặc các đối tượng khác. Object palette ( bảng đối tượng ) bao gồm: + Các đối tượng chuẩn ( Standard Objects ) như : Elip, đa giác ( palyg), hình chữ nhật…. + Các đối tượng thông minh ( Smart Objects: điều khiển OLE ( OLE Control ), yếu tố OLE ( OLE Element ), trường vào / ra ( I/O Field ). Đối tượng windows (windows objects): gồm nút nhấn ( Button), hộp kiểm tra ( check box ). Dynamic Wizard Palette ( bảng hình động ): để hổ trợ việc tạo các đối tương động. Alignment Paletter (bảng liên kết ): xác định việc thay đổi vị trì của 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 Paletter ( bang Zoom ): phóng to, thu nhỏ cửa sổ màn hình đồ họa theo kích thước chuẩn 8,4,1,1/2, hay ¼. Menu Bar ( thanh trình đơn ):gồm tất cả những lệnh có sẵn trên thanh trình đơn của giao diện thiết kế đồ họa Graphics Designer. Standard Toolbar ( thanh công cụ ): bao gồm những biểu tượng hoặc nút nhấn, cho phép thực hiện những lệnh thông dụng. Layer Bar ( thanh Layer ): bao gồm 16 layer ( Layer 0-Layer 15). Layer 0 là thiết lập mặt định của Graphics Designer. b. Thiết lập các thuộc tính hình ảnh: Để thiết lập các thuộc tính hình ảnh, đầu tiên phải tạo các hình ảnh. Dùng File “ NewPdl0.Pdl” tạo giao diện gồm có: nút nhấn start, stop, động cơ. Những đối tượng này nằm trong thư viện của WinCC. + Tạo nút nhấn: Từ bảng đối tượng Object Palette nhấp dấu “ +” mục Windows Object chọn Button và di chuyển con trỏ ra màn hình đến vị trí cần thiết. Có thể vẽ nút nhấn mong muốn. Khi thả chuột hộp thoại Button Configuration xuất hiện như hình. Ở khung Text đặt tên nút nhấn là Start. Nhấp chọn Font chữ và màu sắc nút nhấn. Sau đó nhấp OK hoàn tất việc tạo nút nhấn. Tương tự các bước như trên tạo nút nhấn Stop. + Tạo hình ảnh động cơ : Đầu tiên, mở thư viện bằng cách chọn View > Library hoặc nhấp biểu tượng Display Labrary trên thanh công cụ. Hộp thoại Library hiển thị. Nhấp đúp mục Global Library xuất hiện bảng sau. Để các hình ảnh hiển thị trong thư viện, trên thanh công cụ nhấp chọn biểu tượng Preview. Để các hình ảnh hiển thị lớn hay nhỏ nhấp chọn Large Icons hoặc Small Icons. Để đưa một hình ảnh từ thư viện ra giao diện, chỉ cần nhấp giữ chuột và di chuyển ra giao diện màn hình. Đối với WinCC 6.0 hình ảnh Motor rất đa dạng và phong phú. Có nhiều loại khác nhau với hình ảnh 2 chiều,3 chiều. Trong thư viện hình ảnh Motor có thể lấy ở dòng PlantElement > Motor hoặc Siemens HMI Symbol Library 1.3 > Motor hoặc Symbol > Motor. Nhấp chọn Motor phù hợp và đưa ra giao diện thiết kế. Sắp xếp các hình ảnh ta được giao diện thiết kế như hình dưới. 4.1.5 Tạo thuộc tính cho đối tượng: Để tạo thuộc tính cho nút nhấn Start, bằng cách nhấp phải vào nút nhấn Start chọn Properties như hình : Hộp thoại Object Properties xuất hiện như hình chọn Tab Events > Mouse > Press Left sau đó nhấp phải vào dấu mũi tên chọn C-Action hộp thoại Edit Action xuất hiện như hình. Chọn Internal Functions > Tag > Set. Sau đó nhấp đúp vào SetTagbit hộp thoại Assigning Parameters xuất hiện như hình. Ta nhấp vào hàng Tag-Name rồi nhấp vào nút vuông chọn Tag Selection. Hộp thoai Tags- project xuất hiện chọn Start sau đó nhấp OK. Trở lại hộp thoại Assigning Parameters nút nhấn Start đã được chọn. ở hàng Value đặt giá trị là 1 ở cột Value. Sau đó nhấp OK chấp nhận. Lúc này trên hộp thoại Edit Action xuất hiện Tag Start mang giá trị 1 tiếp theo nhấp đúp vào SetTagBit để liên kết thêm Tag nữa cho nút nhấn Start. Hộp thoại Assigning Parameters xuất hiện, tương tự tại dòng Tag Name, chọn tag Stop và gán giá trị 0 cho tag này. Khi đó trong hộp thoại Edit Action xuất hiện thêm Tag Stop và mang giá trị 0, nhấp OK. Bảng thông báo xuất hiện, chọn Yes đồng ý đổi mã nguồn. Quay trở lại hộp thoại Object Properties dấu mũi tên chuyển sang màu đỏ chứng tỏ kết nối đã thành công. Tiến hành tạo thuộc tính cho nút nhấn Stop tương tự như nút nhấn Start. Nhưng các giá trị sẽ ngược với nút nhấn Start. Ở nút nhấn Stop, thì khi gán tag Stop nó sẽ mang giá trị 1 và tag Start mang giá trị 0. Để tạo thuộc tính cho động cơ, ta nhấp phải vào động cơ chọn Properties. Hộp thoại Object Properties xuất hiện, chọn thuộc tính Control Properties. Trong khung bên phải chọn mục BlinkMode, sau đó nhấp phải vào biểu tượng bóng đèn, chọn Dynamic Dialog… Hộp thoại Dynamic Value Ranges xuất hiện, nhấp vào nút vuông ở khung Expression/Formula chọn Tag. Cửa sổ Tags-project xuất hiện, nhấp đúp chọn Tag động cơ. Trở lại hộp thoại Dynamic Value Ranges, nhấp tùy chọn Boolean. Sau đó nhấp đúp vào No Flashing cùng hàng Yes/True, rồi chọn Apply. 4.1.6 Chạy ứng dụng : Để xem ứng dụng đã thiết kế chạy như thế nào, nhấp chọn nút Runtime trên thanh công cụ của Graphics Designer hoặc nút Activate trên cửa sổ WinCCExplorer: Sau vài giây sẽ thấy hình ảnh như hình: Chạy mô phỏng ứng dụng hoạt cảnh: Nếu không có một PLC để kết nối vận hành, có thể dùng Simulator để chạy mô phỏng nội dung thiết kế. Simulator hiển thị những hoạt động của hình ảnh trong thời gian thực thi file ảnh đó. Khởi động Simulator từ thanh Taskbar, nhấp chọn Start > Simatic > WinCC > Tools > WinCC Tag Simulator. Hộp thoại Simulator xuất hiện như hình : Nhấp chọn Edit > New Tag hiển thị biến. Hộp thoại Tags-project…xuất hiện. Trên hộp thoại, chọn biến để hiển thị. Ví dụ : chọn biến động cơ . Tiếp tục nhấp chọn Tab Inc. Trong khung Start Value, đặt giá trị bắt đầu hiển thị là 0. Trong khung Stop Value, đặt giá trị kết thúc một chu trình hoạt động là 100. Đánh dấu kiểm ở mục Active như hình: Sau đó, nhấp chọn tab List Of Tags. 4.2 Chức năng Tag Logging : Tag Logging có các chức năng cho phép lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi, chuẩn bị để hiển thị và lưu trữ các 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 hệ thống. 4.2.1 Nhiệm vụ Tag Logging: Tag Logging chia làm 2 phần: Hệ thống cấu hình ( Tag Logging CS ). Hệ thống Run- Time ( Tag Logging RT ). a. Nhiệm vụ của Tag Logging CS: Có thể gán tất cả các đặt tính cần thiết để lưu trữ và hiển thị cho dữ liệu bằng Tag Logging CS. Các đặt tính này phải được tạo và chuẩn bị trước khi hệ thống Run-Time khởi động. Tag Logging CS của WinCC cung cấp một giao diện đặc biệt cho mục đích này. b. Nhiệm vụ của Tag Logging RT: Hệ thống Tag Logging RT nhận các giá trị dữ liệu và liên kết chúng với các đặt tính đã ấn định. Các dữ liệu định hình theo kiểu này, được thực hiện trước để hiển thị và lưu trữ. Tag Logging được thực hiện cho các mục đích sau: Tối ưu hóa hệ thống. Cung cấp các thủ tục vận hành rõ ràng, dể hiểu. Tăng năng suất. Tăng chất lượng sản phẩm. Tối ưu hóa chu kỳ lập lại ( delay ). Cung cấp tài liệu. c. Cấu trúc của Tag Logging CS : Tag Logging CS có các phần chính sau : Timers : tạo các chu kỳ thu thập và lưu trữ. Archives : tạo các vùng lưu trữ và các tags. Trend Window Templates : hiển thị giá trị đo lường bằng đường cong. Table Window Templates : hiển thị giá trị đo lường theo dạng bảng. + Timers : Tag Logging phân biệt 2 hệ thống thời gian khác nhau : Thời gian thu thập và thời gian lưu trữ. Thời gian thu thập : khoảng thời gian mà các giá trị trong đó được sao chép từ ảnh quá trình của quản lý dữ liệu bởi Tag Logging. Thời gian lưu trữ : khoảng thời gian mà dữ liệu trong đó được nạp vào vùng lưu trữ. Thời gian lưu trữ luôn là một số nguyên gồm nhiều khoảng thời gian thu thập. giá trị mới nhất được nạp vào vùng lưu trữ. Thời gian nén : được sử dụng để tạo khoảng thời gian giới hạn trong đó dữ liệu được nén. + Lưu trữ ( Archives ) : có thể lưu trữ bằng một trong 3 cách : Lưu trữ giá trị quá trình: Nhận nội dung của các Tags quản lý dữ liệu. Lưu trữ nén: Nén dữ liệu và liên kết các giá trị rất hiệu quả. Bằng cách này, các giá trị đo lường được bổ túc trực tiếp và ghi nhận ngay lập tức. Lưu trữ nén cho phép lưu trữ trong thời gian dài cho tất cả các kiểu Tags khác trong Tag Logging. Lưu trữ theo người dùng : Một số biến người dùng ( Tags User-Defined) được nạp vào vùng lưu trữ cho người sử dụng. Vùng này dùng để thu thập dữ liệu quan trọng, ấn định tham số sản xuất, điều khiển dữ liệu liệt kê. Giao tiếp giữa PLC và WinCC được thực hiện bởi các dạng thông báo tuân thủ theo các quy ước đặt biệt về cấu trúc. + Trends: Có thể vẽ đồ thị các đường cong từ giá trị thu được trong quá trình. với chức năng này WinCC có thể theo dõi sự thay đổi các giá trị đo lường theo thời gian một cách tổng quát và rõ ràng. Có thể vẽ được nhiều đường cong trên cùng đồ thị, bằng cách chọn nhiều biến tương ứng với các thông số cần hiển thị. + Tables : Table cũng có chức năng giống như Trend, nhưng không hiển thị các thông số bằng đường cong mà bằng giá trị cụ thể tại một thời điểm cụ thể. Với tính năng này của Table, khi cần thiết có thể hiệu chỉnh các thông số đầu vào để đạt được các giá trị ngõ ra tối ưu như mong muốn. 4.2.2 Hiển thị các giá trị xử lý : Quá trình hiển thị các giá trị xử lý được thực hiện theo các bước sau : Mở một Tag Logging mới. Định dạng Timer. Tạo một lưu trữ sử dụng Archiving Wizard. Tạo một Trend Window trong Graphic Desgner. Chèn một Trend Window vào trong hình. Chèn một Table Window vào trong hình. Thiết lập thông số hoạt động. Thực thi hình ảnh trong thời gian thi hành. 4.3 Chức năng Alarm Logging : Alarm Logging đảm bảo phụ trách các thông báo nhận được và lưu trữ, chứa các chức năng nhận thông báo từ các quá trình, để chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng. Với đặt tính này, Alarm Logging giúp người dùng tìm ra nguyên nhân của lỗi trong hệ thống trong khi vận hành. Hệ thống Alarm Logging có các đặt tính sau : Cung cấp các thông tin về lỗi và trạng thái hoạt động toàn diện. Cho phép sớm nhận ra các tình trạng nguy cấp. Tránh và giảm thiểu thời báo. Chất lượng sản phẩm ngày càng tăng. Cung cấp tài liệu Alarm Logging bao gồm 2 thành phần hệ thống : Hệ thống cấu hình ( Alarm Logging CS ). Hệ thống Run- Time ( Alarm Logging RT ). 4.3.1 Nhiệm vụ của Alarm Logging CS : Sử dụng Alarm Logging CS đặt cấu hình cho hệ thống thông báo để chúng được hiển thị theo cách ta muốn. Có thể thực hiện điều này trước khi hệ thống Run-Time khởi động. hệ thống cấu hình Alarm Logging của WinCC cung cấp một giao diện đặc biệt tạo lập sẵn. 4.3.2 Nhiệm vụ của Alarm Logging RT : Alarm Logging RT có nhiệm vụ thu thập các thông báo và hồi đáp, chuẩn bị các thông báo để hiển thị và lưu trữ. 4.3.3 Khái quát về Alarm Logging : a. Thông báo : Các thông báo xuất từ các biến cố và được hiển thị bởi Alarm Logging theo trình tự thời gian. Hệ thống phân biệt giữa các kiểu sự cố sau : Binary Events: thay đổi trạng thái trong các Tags ( tag nội và tag ngoại). Các dạng thông báo: chứa các mục và chức năng như: quá trình, theo dõi hệ thống điều khiển, các ứng dụng. Theo dõi các sự cố : hệ thống Alarm Logging chưa hổ trợ việc theo dõi các sự cố. Tuy nhiên , vẫn có thể liệt kê các sự cố như: Tràn bộ phận lưu trữ, thông báo về tình trạng máy in, lỗi do Server, sự cố trong quá trình truyền thông quá trình,thông báo nhóm, điều khiển quá trình và lưu trữ. b Thủ tục thông báo : WinCC hổ trợ 2 thủ tục thông báo gồm: Thủ tục thông báo bit và thông báo đúng trình tự thời gian. Thủ tục thông báo bit : Thủ tục phổ biến cho phép nhận các thông báo từ PLC. Alarm Logging sẽ thu thập các giá trị thực sự từ việc quản lý biến ( tag ) của quản lý dữ liệu. Alarm Logging sẽ gán ngày, giờ trong thủ tục này. Thông báo đúng trình tự thời gian : Thủ tục này giả sử rằng chính các PLC tạo ra thông báo sự cố,tự ấn định ngày / giờ và các giá trị quá trình. Tất cả các thông báo của PLC được nhóm lại bởi một dạng thông báo tạo sẵn cho toàn bộ dự án. Cấu trúc một thông báo : Một thông báo chứa các thông tinh hệ thống và các tham số khác, được hiển thị theo hình thức các cột. Nếu các cột này chứa các tên đồng nhất, các giá trị và các khối giống nhau, được gọi là các khối thông báo. Tổ chức các thông báo : WinCC cung cấp 16 lớp thông báo với 16 kiểu thông báo. Có thể đặt cấu hình cho các lớp thông báo. Mỗi một thông báo được gán với một kiểu thông báo. Các kiểu thông báo cũng được nhóm trong các lớp thông báo. Hiển thị các thông báo trong chế độ Run-Time : + Báo cáo thông báo : Một hình thức khác của việc chuyển thông báo là hiển thị bằng báo cáo. Hệ thống phân biệt giữa các kiểu sau : - Báo cáo thông báo theo trình tự : Cung cấp liên tục các thủ tục về thông báo. - Báo cáo lưu trữ : Chứa các thông tin vào nơi lưu trữ. + Thông báo đơn và theo nhóm : Nếu các thông báo được định hình riêng biệt ( thông báo đơn ) nhóm lại với nhau, được gọi là thông báo theo nhóm. Một thông báo theo nhóm có thể được tạo cho mỗi lớp và kiểu thông báo. Ngoài ra , có thể kết hợp các thông báo theo nhóm. Nếu một thông báo theo nhóm được hiển thị, nghĩa là có ít nhất một thông báo đơn được thực thi. Không thể nhận ra các thông báo đơn trong kiểu hiển thị này. + Khóa và cho phép thông báo : Các thông báo cá biệt, các lớp và kiểu thông báo có thể ẩn và hiện lại trong việc thu thập ở chế độ Run Time. + Lưu trữ trong thời gian ngắn : có thể lưu trữ trong thời gian ngắn đến 10000 thông báo trong danh sách các thông báo. + Lưu trữ tuần tự : Toàn bộ đĩa cứng có thể được sử dụng. Có thể dùng các vùng lưu trữ như : Lưu trữ trong thời gian ngắn và lưu trữ liên tục trên đĩa cứng. 4.4 Thiết lập thông báo: Để thiết lập một hệ thống thông báo hoàn chỉnh cho Alarm Logging cần tiến hành theo các bước sau : Mở Alarm Logging. Khởi động Message Wizard. Định dạng khối bản tin. Sửa đổi cửa sổ bản tin. Định cấu hình soạn thảo bản tin. Đặt lớp màu cho bản tin. Giám sát giá trị. Chèn cửa sổ bản tin vào trong bức ảnh. Đặt thông số hoạt động và chạy ứng dụng. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC 1. Mạch điều khiển động cơ bước đơn sáu dây: 1.1 Sơ đồ nguyên lý · Mạch kích động cơ: · Sơ đồ mạch in 1.2 Nguyên lý hoạt động 1.2.1 IC L298 a. Tác dụng các chân PIN NAME FUNCTION 1;15 Sense A,Sense B Giữa mỗi chân này với đất có thể nối 1 điện trở để điều khiển dòng qua tải. 2,3 Out1;out2 Là 2 ngõ ra của cầu A,dòng qua tải kết nối giữa 2 chân này sẽ được giám sát bởi chân số 1. 4 Vcc1 Nguồn cung cấp cho tải,1 tụ điện 100nF phải được kết nối giữa chân này với mass 5;7 Input1;input2 Ngõ vào của cầu A tương thích mức TTL 8 GND ground 9 Vcc2 Nguồn cung cấp logic,1 tụ điện 100nF phải được kết nối giữa chân này với mass. 10;12 Input3;input4 Ngõ vào cầu B tương thích mức TTL 13;14 Out3;out4 Ngõ ra của cầu B,dòng qua tải kết nối giữa 2 chân này sẽ được giám sát bởi chân số 15 b. Các thông số làm việc max c. Đặc tính điện L298 có thể làm việc với nguồn công suất(Vcc1) lên đến 50V,và nguồn logic(Vcc2) đến 7V,dòng tải tối đa cho mỗi kênh là 2A,và có thể lên đến 4A nếu đấu song song 2 kênh lại với nhau. 1.2.2 IC ULN 2803 a. Tác dụng của các chân IC Chân 1 đến 8 Ngõ vào Chân 18 đến 11 Ngõ ra Chân 9 Ground Chân 10 Chân chung và được nối lên nguồn dương + Thông số làm việc lớn nhất: + Đặc tính điện: 1.2.3 OPTO 4n35: a. Thông số làm việc b. Đặc tính điện CTR(current transfer ratio)=(Ic/If)*100% c. Kiểm tra dòng điện d. Dạng sóng e. Thời gian chuyển mạch ở chế độ ON f. Thời gian chuyển mạch ở chế độ OFF g. Đặc tính V-A ngõ vào h. Đặc tính A-A 1.3 Hoạt động của mạch · Tín hiệu điều khiền từ PLC được đưa đến khối điều khiển công suất thông qua bộ cách ly quang.Bộ cách ly gồm opto 4n35 và uln 2803;tín hiệu ngõ ra opto bị đảo nên cần bộ đệm đảo uln 2803 đề tín hiệu sau bộ cách ly không bị đảo so với tín hiệu vào. · Khối công suất là 2 IC L298,mỗi IC gồm 2 mạch cầu H ,có 4 kênh được ghép nối lại thành 2 kênh để có thể chịu được dòng tối đa 4A;2 IC sẽ được 4 kênh điều khiền 4 pha của động cơ.Đầu dây chung của động cơ được nối xuống mass. · Các diode D1 đến D4 loại 1N4448 có nhiệm vụ bảo vệ cho các transistor công suất của mạch cầu H bên trong IC L298 . · Các chế độ điều khiển động cơ: 1.3.1 Điều khiển nửa bước STEP 4 3 2 1 B1 0 0 0 1 B2 0 0 1 1 B3 0 0 1 0 B4 0 1 1 0 B5 0 1 0 0 B6 1 1 0 0 B7 1 0 0 0 B8 1 0 0 1 a. Giản đồ xung 1.3.2 Điều khiển đầy bước 1 pha STEP 4 3 2 1 B1 0 0 0 1 B2 0 0 1 0 B3 0 1 0 0 B4 1 0 0 0 b. Giản đồ xung 2. Sơ đồ kết nối PLC 2.1 Sơ đồ kết nối mạch điều khiển 2.2 Khai báo thiết bị ngõ vào ra Tên biến Chức năng I0.0 Nút nhấn Start khởi động hệ thống. I0.1 Nút nhấn Stop dừng hệ thống. I0.2 Nút nhấn Reset bộ đếm Q0.0 Chế độ tự giữ hệ thống Q0.1 Điều khiển 1 của động cơ bước Q0.2 Điều khiển 2 của động cơ bước Q0.3 Đều khiển 3 của động cơ bước Q0.4 Điều khiển 4 của động cơ bước Q0.5 Điều khiển động cơ cắt giấy 2.3 Chương trình PLC Sau khi thiết kế mạch điều khiển xong, ta kiểm tra lỗi ( plc > compile khi đó góc trái ở phía dưới màn hình có chữ 0 errors là được), rồi lưu lại với tên DONGCOBUOC, tiếp theo tiến hành mô phỏng để kiểm tra hoạt động của mạch. Trước tiên ta cần chọn loại CPU mà ta cần kết nối để mô phỏng : từ bên trái của cửa sổ thiết kế nhấp phải vào tên DONGCOBUOC mà ta vừa lưu chọn Type > PLC Type > CPU 226CN > ok. Sau đó nhấp vào biểu tượng Download để nạp chương trình cho plc Kiểm tra hoạt động trên plc nếu thỏa yêu cầu là đạt, đến đây đã hoàn thành công việc với STEP 7-Micro/Win 32. 3. Tạo kết nối trên S7-200 PC Access Khởi động s7-200 pc access, trên thanh Taskbar chọn start > simatic > S7-200 PC Access v1.0.0.56 > S7-200 PC Access, cửa sổ Unitiled xuất hiện, nhấp phải vào MicroWin chọn New PLC Xuất hiện hộp hội thoại, ở mục Name nhập vào s7-200 rồi chọn ok Sau đó nhấp phải vào s7-200 chọn New > item Hộp thoại item xuất hiện, ở mục Name nhập vào start,ở mục Address nhập vào M0.0 rồi chọn ok Tương tự ta tạo các item khác dựa vào chương trình PCL mà ta đã thiết kế ở Step 7- Micro/win ta được kết quả như sau : Sau đó lưu lại với tên DONGCOBUOC (nhớ lưu trùng với tên đã lưu trên Step 7- Micro/win), tiếp theo chọn các item đã tạo rồi kéo thả xuống vùng Test Client như hình bên dưới : Sau đó chọn status trên thanh công cụ > chọn start test client, nếu thấy ở cột Quality chuyển từ Bad sang Good là đạt 4. Mô hình giám sát trên WinCC 6.0 Khởi động chương trình WinCC, chọn start > SIMATIC > WINCC > Window Control Center 6.0. Trên thanh trình đơn, chọn File > New để tạo dự án mới. Hộp thoại WinCC Explorer xuất hiện, nhấp tùy chọn mục Single – User Project rồi nhấp ok. Bảng Create a new project xuất hiện, nhập tên SCADA vào mục project name. sau đó nhấp vào dấu mũi tên khung Drive chọn D đường dẫn để lưu, nhấp Create để tạo dự án. Lúc này khung bên trái cửa sổ vWinCC Explore xuất hiện dự án MOHINHCATGIAY. Sau đó nhấp phải vào mục Tag Management chọn Add New Driver. Lúc này trong mục Tag Management xuất hiện drive OPC, nhấp đúp vào nó để hiện cổng kết nối . sau đó nhấp phải vào cổng OPC Groups chọn New Driver Connection. Cửa sổ Connection properties xuất hiện. Nhập tên S7-200 vào khung Name rồi chọn properties. Cửa sổ Newconnection properties xuất hiện, nhập S7200.OPCSERVER vào mục OPC Server Name, rồi nhấp vào nút Test Server, nếu xuất hiện 1 khung nhỏ hiện chữ Test ok chọn ok > ok > ok để kết thúc việc kết nối. Lúc này trong mục OPC Groups xuất hiện S7-200, nhấp phải vào nó chọn New Group…để tạo nhóm Tag cho chương trình . Hộp thoại Properties of tag group xuất hiện, nhập tên CATGIAY vào mục Name. Nhấp ok để chấp nhận. Tiếp theo nhấp phải vào nhóm Tag vừa tạo, chọn New tag để tạo Tag cho chương trình . Cửa sổ Tag properties xuất hiện, nhập tên Tag là START vào khung Name, chọn kiểu dữ liệu Binary Tag trong mục Data type rồi nhấp Select. Cửa sổ Newtag properties xuất hiện, nhập vào mục item Name tên Microwin.S7-200.START (nhớ nhập trùng tên với mục Item I D trong S7- 200 PC Access), ở mục Access Path nhập M0.0, ở mục Data type chọn Boolean value thông thường ở mục này hiển thị mặc định, nhấp ok > ok kết thúc việc tạo tag START. Cửa sổ Tag properties xuất hiện, nhập tên Tag là STOP vào khung Name, chọn kiểu dữ liệu Binary Tag trong mục Data type rồi nhấp Select. Cửa sổ Newtag properties xuất hiện, nhập vào mục item Name tên Microwin.S7-200.STOP, ở mục Access Path nhập M0.4, ở mục Data type chọn Boolean value thông thường ở mục này hiển thị mặc định, nhấp ok > ok kết thúc việc tạo tag STOP. Tương tự tạo các Tag còn lại, sau khi tạo xong ta được danh sách bảng tag như hình dưới : 5. Thực nghiệm mô hình: 5.1 Nhiệm vụ Nhiệm vụ đặt ra là thiết kế được một mô hình hoàn chỉnh có thể cắt giấy tự động hoàn toàn theo yêu cầu . Do vậy ta cần: · Thiết kế bộ khung của máy đủ vững chắc để gắn động cơ và bộ phận khác. · Tìm một cơ cấu dao hợp lý, hiệu quả cho việc cắt giấy. · Hệ thống rulô phải chính xác . · Động cơ bước và động cơ DC phải phù hợp với mô hình về kích thước, về lực kéo. · Thiết kế bo mạch cho máy. 5.1.1 Mô hình cắt giấy thực tế a. Dao cắt giấy Hình: Dao cắt giấy Dao cắt giấy trên mô hình được tạo nên từ sự kết hợp giữa một động cơ DC 24V và một phần của dao cắt giấy được thiết kế lại cho phù hợp với mô hình của đề tài. Động cơ DC truyền động cho dao cắt thong qua một đĩa tròn và một thanh dẫn thẳng, ứng với mỗi vòng quay của động cơ dao sẽ thực hiện một lần cắt giấy. Hình: Thanh dẫn và đĩa tròn Để trợ giúp cho việc cắt và hoạt động của máy, trên dao cắt có gắn thêm một thanh chặn để giữ giấy không bị trượt lúc cắt và giấy không dính theo dao trong hành trình đi lên của dao cắt. Hình: thanh chặn giấy b. Cơ cấu cuốn giấy Cơ cấu cuốn giấy trong mô hình được thiết kế theo cơ cấu cuốn giấy trong máy in, nó bao gồm hai phần: một rulô cuốn chính và hai miếng chặn có trục xoay tì lên rulô cuốn. Ưu điểm của cơ cấu này là gọn nhẹ và hiệu quả. Điều khiển rulô là một động cơ bước đơn cực 1.8 độ/bước, 2 pha, 6 dây . Động cơ bước truyền cho rulô thông qua bánh răng truyền và đai truyền như hình vẽ dưới đây. Hình: bánh răng và đai truyền 5.2 Xây dựng mô hình giám sát trên WinCC Trong cửa sổ WinCCExplorer, nhấp phải vào mục Graphics Designer chọn New picture. Trong khung bên phải xuất hiện file ảnh NewPdl0.Pdl, nhấp phải vào file này chọn Rename picture để đổi tên. Bảng New Name xuất hiện, nhập tên DCCATGIAY vào khung trống, rồi nhấp ok. Sau đó nhấp phải vào file vừa đổi tên, chọn Open picture mở giao diện thiết kế. Cửa sổ Graphics Designer – [DCCATGIAY.pdl ] xuất hiện. Trên thanh thuộc tính, nhấp vào biểu tượng Grid On/Off để tắt lưới cho vùng thiết kế . Để lấy mô hình các linh kiện, trên thanh trình đơn chọn View > Library. Cửa sổ Library xuất hiện . Đây là nơi chứa tất cả các mô hình linh kiện, máy móc, thiết bị … của WINCC mà ta lấy. Nhấp đúp vào Global Library mở ra các thư mục chứa thiết bị. Để quan sát các thiết bị chọn biểu tượng mắt kính (preview) và Giant Icons. Để lấy băng tải, chọn Siemens HMI Symbol Library 1.3 > 3-D ISA Symbols > 3-D Conveyor. Để lấy động cơ kéo băng tải, chọn PlantElements > Motors > B5. Để lấy led hiển thị, chọn Displays > Displays > Digital Output. Để tạo nút nhấn, nhấp vào dấu cộng ở mục Windows Objects trong khung Object Palette, rồi chọn Button. Sau đó đưa trỏ sang khung vẽ, nhấp vào khoảng trống rồi kéo rê tạo nút nhấn hình vuông Hộp thoại Button Configuration xuất hiện, trong khung Text nhập tên nút nhấn START, có thể tạo thêm thuộc tính màu và font cho chữ, rồi nhấp ok chấp nhận . Sau khi lấy xong các thiết bị, sắp xếp thành mô hình như hình dưới : 5.3 Thiết lập thuộc tính đối tượng 5.3.1 Thiết lập thuộc tính cho động cơ kéo băng tải Nhấp phải vào động cơ , chọn Properties, hộp thoại Object Properties xuất hiện, chọn thuộc tính nhấp nháy Flashing. Trong khung bên phải nhấp đúp vào mục Flashing Background Active để chuyển No thành Yes, sau đó nhấp phải vào biểu tượng bóng đèn, chọn Tag. Cửa sổ Tag – Project xuất hiện, nhấp đúp chọn đường dẫn OPC > OPC Groups > S7-200 > CATGIAY > DCCATGIAY, nhấp ok chấp nhận. Trở lại hộp thoại Object Properties, biểu tượng bóng đèn đã chuyển sang màu xanh chứng tỏ việc kết nối Tag đã thành công, nhấp phải vào 2s rồi chọn Upon change. Tương tự cho DCBUOC1, DCBUOC2, DCBUOC3 và DCBUOC4 5.3.2. Thiết lặp thuộc tính cho băng tải : Nhấp phải vào băng tải , chọn properties, hộp thoại Object Properties xuất hiện, chọn tab Properties > control properties, nhấp phải vào Blink Mode chọn Dynamic Dialog. Hộp thoại Dynamic value ranges xuất hiện, nhấp vào nút vuông ở khung Expression/ Formula chọn Tag. Hộp thoại Dynamic value ranges xuất hiện, nhấp vào nút vuông ở khung Expression/ Formula chọn Tag. Cửa sổ Tag – project xuất hiện, nhấp đúp chọn tag DCBANGTAI. Trở lại hộp thoại Dynamic value ranges, nhấp chọn mục Boolean , sau đó nhấp đúp vào No Fashing cùng hàng Yes/TRUE chọn Shaded-2, rồi chọn Apply . 5.3.4. Thiết lập thuộc tính cho led hiển thị Nhấp phải vào led HIENTHI, chọn Properties, hộp thoại Object Properties xuất hiện. Chọn Properties > Output/input, ở khung bên pải hộp thoại nhấp đúp vào biểu tượng bóng đèn cùng dòng Output Value, chọn tag. Hộp thoại Tag – project xuất hiện, nhấp đúp chọn tag HIENTHI Trở lại hộp thoại Object Properties, tại dòng Output value hiển thị tag vừa chọn. sau đó nhấp vào 2s, chọn Upon change 5.3.5. Thiết lập thuộc tính cho nút nhấn start và stop: Nhấp phải vào nút nhấn START chọn properties, hộp thoại Object properties xuất hiện, chọn tab Events > Mouse. trong khung bên phải nhấp phải vào biểu tượng ở hàng Press left chọn C- Action Hộp thoại Edit Action xuất hiện, chọn đường dẫn Internal Function > tag > set, rồi nhấp đúp vào SetTagBit. Hộp thoại Assigning Parameters xuất hiện, chọn hàng Tag_Name, rồi nhấp vào nút ô vuông chọn Tag selection. Cửa sổ Tag – project xuất hiện, chọn tag START rồi nhấp Ok để chọn . Trở lại hộp thoại Assigning Parameters, nhập giá trị 1 cho hàng value ở cột value, sau đó nhấp ok. Lúc này trên hộp thoại Edit Action xuất hiện tag START mang giá trị 1, tiếp theo nhấp đúp vào SetTagBit để liên kết thêm tag nữa cho nút nhấn START Hộp thoại Assigning Parameters xuất hiện, ở dòng Tag _Name chọn tag STOP và gán giá trị 0 cho tag này rồi nhấp ok. Khi đó trong hộp thoại Edit Action xuất hiện thêm tag STOP mang giá trị 0 nhấp ok, bảng thông báo hiện ra, chọn Yes đồng ý đổi mã nguồn > nhấn ok. biểu tượng chuyển thành màu xanh .Sau khi kết nối xong Để thiết lập thuộc tính cho nút nhấn STOP, làm tương tự như nút START, nhưng các giá trị sẽ ngược với nút nhấn START. Ở nút nhấn STOP, thì gán tag STOP mang giá trị 1 và tag START mang giá trị 0. 5.4 Chạy mô phỏng Sau khi thiết lập xong thuộc tính cho các đối tượng trên mô hình, trở lại giao diện Graphic Designer. Trên thanh thuộc tính chọn biểu tượng Runtime để tiến hành mô phỏng và giám sát. Màn hình mô phỏng Runtime xuất hiện, ta tiến hành mô phỏng và giám trên màn hình này. CHƯƠNG 4:KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 1. Kết luận Qua luận văn này, giúp em có thêm được nhiều kiến thức bổ ích về thực tế và bổ sung thêm những kiến thức đã học ở nhà trường. Với đề tài này em đã làm được: · Dùng S7-200 để điều khiển động cơ bước. · Kết nối được PLC S7-200 với WinCC thông qua phần mềm S7-200 PC Access. · Thiết kế được chương trình điều khiển và giám sát trên mô hình thực tế thông qua máy tính PC. 2. Hướng phát triển đề tài Ứng dụng của PLC trong thực tế là rất lớn em tin tưởng rằng trong tương lai lĩnh vực này ngày càng phát triển hơn nữa. Những phần mềm lập trình giám sát kết hợp với PLC để điều khiển các quá trình công nghệ sẽ phát triển ngày càng rộng rãi trong thực tế. Do yêu cầu của đề tài này sử dụng PLC S7-200 kết nối với WinCC, nhưng trong thực tế đã phát triển những phần mềm lập trình cao hơn như: S7-300, S7-400…Vì vậy nếu có điều kiện em sẽ phát triển đề tài này dùng PLC S7-300 để kết nối trực tiếp với WinCC mà không cần thông qua phần mềm S7-200 PC Access. Do còn hạn chế về kinh nghiệm thực tế, tài liệu tham khảo, thời gian thực hiện, nên tập luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong quí thầy cô góp ý để bài luận văn được hoàn thiện hơn. Nếu các bạn sinh viên khóa sau có làm đề tài này thì phát triển tốt hơn như: Thiết kế giao diện hình ảnh thật hơn, hoạt động giống mô hình thật. Dùng PLC để điều khiển tốc độ động cơ bước như mong muốn….