BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC TẾ HỒNG BÀNG TP.HCM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ****** LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề Tài: T T H H I I E E Á Á T T K K E E Á Á H H E E Ä Ä S S C C A A D D A A Ư Ư Ù Ù N N G G D D U U Ï Ï N N G G Đ Đ I I E E À À U U K K H H I I E E Å Å N N Đ Đ O O Ä Ä N N G G C C Ơ Ơ S S E E R R V V O O Y Y A A S S K K A A W W A A GVHD : NGUYỄN VĂN TẤN. SVTH : VÕ TRUNG VIỆT. LỚP: DT-06. MSSV: 06041722. Niên Khóa: 2006. TP.Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2013 Trường Đại Học Quốc Tế Hồng Bàng Khoa Điện – Điện Tử GVHD: Nguyễn Văn Tấn SVTH: Võ Trung Việt Lời mở đầu Lòch sử đã trải qua nhiều giai đoạn, và từng chứng kiến các cuộc Cách Mạng Khoa Học Kỹ Thuật. Nó không những giải phóng sức lao động, mà còn giúp việc sản xuất được tiến triển nhanh chóng, số lượng và chất lượng sản phẩm không ngừng tăng lên, phục vụ cho đời sống nhân loại. Ngày nay, với sự trợ giúp của máy điện toán, con người đã làm được những việc tưởng chừng như không thể ở vài chục năm trước đây. Hiện nay trong các ngành công nghiệp hiện đại, việc sử dụng máy tính đòi hỏi gần như là tất yếu; chúng giúp cho việc sản xuất hay kiểm tra sản phẩm được dễ dàng, thuận lợi, hạn chế sai số, thất thoát… Người ta có thể không cần phải xuống tận các phân xưởng để theo dõi hay điều chỉnh bằng tay, mà ta hoàn toàn có thể điều khiển và thu thập, quản lý dữ liệu ngay tại phòng Điều Khiển Trung Tâm cho các hệ thống Tự Động-hệ thống này gọi chung là hệ thống SCADA. Đi theo một nhánh nhỏ của hệ thống SCADA, em thực hiện việc điều khiển cho động cơ servo dùng ngôn ngữ lập trình S7-200 và WinCC để thiết lập giao diện kết nối điều khiển đối tượng. Trường Đại Học Quốc Tế Hồng Bàng Khoa Điện – Điện Tử GVHD: Nguyễn Văn Tấn SVTH: Võ Trung Việt Lời Cảm Ơn Lời đầu tiên em xin chân thành cám ơn thầy Nguyễn Văn Tấn đã trực tiếp hướng dẫn, cung cấp tài liệu, thiết bò và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành tập luận văn này. Em xin gởi lời cám ơn đến tất cả các thầy cô giáo khoa Điện-Điện Tử Trường Đại Học Quốc Tế Hồng Bàng thời gian qua đã tạo điều kiện cho em được học tập, truyền đạt và trang bò cho em đầy đủ kiến thức trong thời gian học tập tại trường. Và tạo điều kiện cho em co thể thực hiện được đề tài này. Tuy đã cố gắng nhiều nhưng do thời gian nghiên cứu và thực hiện bài luận văn có hạn, tập luận văn này sẽ không tránh khỏi sai sót, em xin quý thầy cô và độïc giả thông cảm bỏ qua! Em xin tiếp nhận mọi ý kiến đóng góp của quý thầy cô và độc giả. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Võ Trung Việt Trường Đại Học Quốc Tế Hồng Bàng Khoa Điện – Điện Tử GVHD: Nguyễn Văn Tấn SVTH: Võ Trung Việt MỤC LỤC Mở đầu Trang CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ SCADA 1 I.Khái niệm về SCADA 1 II.Nguyên Tắc Hoạt Động Của Hệ Thống SCADA 2 III.Chức Năng Và Nhiệm Vụ Cơ Bản Của Hệ Thống SCADA 3 1. Giám sát và phân tích hoạt động sản xuất: 3 2. Hoạt động theo chương trình điều khiển: 3 3. Kiểm tra và đảm bảo chất lượng: 3 4. Quản lý quá trình sản xuất: 3 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ PLC S7_200 4 I.GIỚI THIỆU 4 1. Khái niệm về plc: 4 2. Đặc điểm chung PLC S7-200: 5 3. Phân loại PLC 5 4. Cấu trúc cơ bản của một PLC S7-200 6 5. Giới Thiệu Các Phương Pháp Lập Trình Của S7_200: 7 II.CẤU TRÚC BỘ NHỚ CỦA PLC S7-200 8 1. Phân chia bộ nhớ: 8 2. Vùng dữ liệu: 8 3. Vùng đối tượng: 9 4. Qui ước đòa chỉ trong PLC S7-200: 10 III.TẬP LỆNH CỦA PLC S7-200 11 1. Nhóm lệnh xuất nhập cơ bản: 11 2. Nhóm các lệnh so sánh 12 3. Nhóm các lệnh di chuyển dữ liệu: 15 4. Nhóm các lệnh số học 17 5. Nhóm lệnh điều khiển Timer : 21 6. Nhóm lệnh điều khiển Counter: 23 7. Các hàm chuyển đổi: 25 8. Lệnh làm tròn: ROUND 26 9. Lệnh đọc thời gian thực Read_RTC: 26 10. Các lệnh về ngắt: 27 11. Lệnh Xuất xung tốc độ cao: 28 12. Các lệnh về dòch Bit: 30 13. Các lệnh về xử lí chuỗi: 31 Trường Đại Học Quốc Tế Hồng Bàng Khoa Điện – Điện Tử GVHD: Nguyễn Văn Tấn SVTH: Võ Trung Việt 14. Một số ô nhớ đặc biệt sử dụng trong S7_200: 32 CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ LẬP TRÌNH WINCC 33 I.GIỚI THIỆU VỀ WINCC 33 II.ỨNG DỤNG WINCC 34 III.CÁC CHỨC NĂNG CỦA WINCC 34 IV.CÁC THÀNH PHẦN CỦA DỰ ÁN (PROJECT): 35 1. Các bộ điều khiển truyển thông: 35 2. Khối kênh: 35 3. Kết nối: 35 4. Biến ( tag): 35 5. Các kiểu dữ liệu: 35 V.TẠO MỘT DỰ ÁN: 36 1. Giao tiếp với S7_200 thông qua driver PC_ACCESS 36 2. Tạo dự án “Project” mới: 39 CHƯƠNG IV: GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ SERVO 47 I.GIỚI THIỆU: 47 II.SỰ KHÁC BIỆT SO VỚI ĐỘNG CƠ THƯỜNG 47 1. Tăng tốc độ đáp ứng tốc độ: 47 2. Tăng khả năng đáp ứng: 48 3. Mở rộng vùng điều khiển: 48 4. Khả năng ổn đònh tốc độ: 48 5. Tăng khả năng chòu đựng của động cơ: 48 III.CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ SERVO: 49 IV.PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ SERVO: 49 1. Động cơ Servo DC 50 2. Động cơ Servo AC 50 V.GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ SERVO SGDA CỦA HÃNG YASKAWA: 50 1. Hình thức bên ngoài của bộ Servo SGDA: 51 2. Bộ Servopack 52 3. Động cơ servo: 52 4. Cách đọc thông số của động cơ servo dòng SGM: 53 5. Cách đọc thông số bộ Servopack dòng SGDA: 54 6. Sơ Đồ chân điều khiển cổng CN1: 55 7. Sơ đồ chân cổng CN2: 8. Sơ đồ nối chân cho điều khiển vò trí 57 CHƯƠNG V: MÔ HÌNH ĐỀ TÀI 58 I.GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH ĐỀ TÀI 58 II.MỤC ĐÍCH CỦA MÔ HÌNH: 58 Trường Đại Học Quốc Tế Hồng Bàng Khoa Điện – Điện Tử GVHD: Nguyễn Văn Tấn SVTH: Võ Trung Việt III.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH: 59 IV.CÁC BƯỚC THỰC HIỆN MÔ HÌNH ĐỀ TÀI: 59 1. Xác đònh các chân điều khiển động cơ servo SGDA của YASKAWA. 59 2. Lập Trình Cho Plc S7-200 Bằng Phần Mềm Step 7 Microwin Sp6 59 3. Tạo Driver Cho Plc S7-200 Bằng Phần Mềm Pc Access 61 4. Thiết Kế Giao Diện Màn Hình WinCC 67 CHƯƠNG 6: ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 76 I.ỨNG DỤNG CỦA SCADA 77 II.ỨNG DỤNG CỦA WINCC 74 III.ỨNG DỤNG SCADA VÀO ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ SERVO: 77 IV.KẾT LUẬN: 77 PHỤ LỤC 79 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 Trường Đại Học Quốc Tế Hồng Bàng Khoa Điện – Điện Tử GVHD: Nguyễn Văn Tấn SVTH: Võ Trung Việt Trường Đại Học Quốc Tế Hồng Bàng Khoa Điện – Điện Tử GVHD: Nguyễn Văn Tấn 1 SVTH: Võ Trung Việt CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ SCADA I.Khái Niệm Về SCADA Hệ SCADA ra đời vào những năm 80 trên cơ sở ứng dụng kỹ thuật tin học, mạng máy tính và truyền thông công nghiệp. khái niệm SCADA (chữ viết tắt của Supervisory Control And Acquisition) cũng được hiểu với những ý nghóa khác nhau, tuỳ theo lónh vực ứng dụng. Có thể, khi nói tới SCADA người ta chỉ liên tưởng tới một hệ thống mạng và thiết bò có nhiệm vụ thuần tuý là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải về một khu trung tâm để xử lý. Theo cách hiểu này, vấn đề truyền thông được đặt lên hàng đầu. Trong nhiều trường hợp, các khái niệm SCADA và “None-SCADA “ lại được dùng để phân biệt các giải pháp điều khiển giám sát dùng công cụ phần mềm chuyên dụng (ví dụ FIX, InTouch, WinCC, Lookout,…) hay phần mềm phổ thông (Acess, Excel, Visual Basic, Delphi, Jbuilder,…). Ở đây, công nghệ phần mềm là vấn đề quan tâm chủ yếu. Nói một cách tổng quát, một hệ SCADA là một hệ thống điều khiển giám sát, tức là một hệ thống hỗ trợ con người trong việc quan sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển thông thường. Đương nhiên, để có thể quan sát và điều khiển từ xa cần phải có một hệ thống truy cập ( không chỉ thu thập! ) và truyền tải dữ liệu. Một hệ SCADA thường phải có đủ những thành phần sau đây : +Trạm điều khiển trung tâm (Master Station ): Có nhiệm vụ thu thập, lưu trữ, xử lý số liệu và đưa ra các lệnh điều khiển xuống các trạm cơ sở +Hệ thống trạm cơ sở (Operation Station ): là các trạm được đặt tại hiện trường có nhiệm vụ thu thập, xử lý số liệu trong một phạm vi nhất Trường Đại Học Quốc Tế Hồng Bàng Khoa Điện – Điện Tử GVHD: Nguyễn Văn Tấn 2 SVTH: Võ Trung Việt đònh và gửi các số liệu về trạm trung tâm đồng thời thực hiện các lệnh điều khiển từ trạm trung tâm +Mạng lưới truyền tin: Được xây dựng trên cơ sở mạng máy tính và truyền thông công nghiệp có chức năng đảm bảo thông tin hai chiều giữa trạm điều khiển trung tâm và các trạm cơ sở II.Nguyên Tắc Hoạt Động Của Hệ Thống SCADA Hệ thống SCADA hoạt động dựa trên nguyên tắc lấy tín hiện từ các cơ cấu cảm biến được gắn trên các thiết bò công tác hoặc trên dây truyền sản xuất gửi về cho máy tính (thực hiện phần thu nhận dữ liệu ) . Máy tính xử lý, kiểm tra trạng thái hoạt động của hệ thống, các yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm đã được cài sẵn trong bộ nhớ. Đồng thời, máy tính sẽ hiển thò lại những thông tin kỹ thuật của hệ thống trên màn hình, cho phép tự động giám sát và điều khiển hệ thống và phát ra tín hiệu điều khiển đến máy công tác tạo nên vòng tín hiệu kín (thực hiện chức năng giám sát và điều khiển) Đối với các hệ thống sản xuất trước đây, việc kiểm tra giám sát hoàn toàn do con người đảm trách. So với máy tính, tốc độ tính toán của con người chậm và dễ nhầm lẫn .Việc tính toán điều khiển của máy tính sẽ tránh được những hậu quả trên. Những sai sót nhỏ, đơn giản thường xuyên gặp phải sẽ được máy tính giám sát và xử lý theo chương trình được đặt sẵn. Đối với những sự cố lớn máy tính sẽ báo cho người theo dõi biết và tạm dừng hoạt động của hệ thống để chờ quyết đònh của người điều hành. Vì vậy, bên cạnh khả năng hoạt động toàn hệ thống theo một chương trình đònh trước, hệ SCADA còn cho phép người vận hành quan sát được trạng thái làm việc của từng thiết bò tại các trạm cơ sở, đưa ra các cảnh báo, báo động khi hệ thống có sự cố và thực hiện các lệnh điều khiển can thiệp vào hoạt động của hệ thống khi có tình huống bất thường hoặc có sự cố. Trường Đại Học Quốc Tế Hồng Bàng Khoa Điện – Điện Tử GVHD: Nguyễn Văn Tấn 3 SVTH: Võ Trung Việt III.Chức Năng Và Nhiệm Vụ Cơ Bản Của Hệ Thống SCADA: Có 4 chức năng cơ bản: 1.Giám sát và phân tích hoạt động sản xuất: khi nhận được những thông tin về hoạt động của hệ thống từ các bộ phận cảm biến gửi về, máy tính sẽ phân tích những tín hiệu đó và so sánh với những tín hiệu chuẩn,, hay các bảng cơ sở dữ liệu về sản phẩm, quy trình sản xuất, các thông số công nghệ của các máy công tác(dữ liệu tham khảo). Nhờ các bộ phận cảm biến và các thiết bò đo lường mà trong quá trình sản xuất luôn thông báo cho người giám sát biết được các thông tin về tiến trình hoạt động sản xuất, các thông số kỹ thuật ,số lượng sản phẩm 2.Hoạt động theo chương trình điều khiển: Hệ thống hoạt động theo một chương trình đã lập từ trước. Nhờ có bộ vi xử lý ta có thể lập trình cho hệ thống hoạt động theo những chu trình phức tạp, máy tính sẽ đọc chương trình và xuất tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu hoạt động theo chương trình Việc thay đổi chu trình hoạt động của máy tính hay thay đổi kích thước mẫu mã sản phẩm chỉ là việc thay đổi chương trình. 3.Kiểm tra và đảm bảo chất lượng: Nhờ các thiết bò cảm ứng và các thiết bò đo lường được gắn trên máy mà ta có thể đo, kiểm tra sản phẩm, loại bỏ các phế phẩm, nhờ đó mà chất lượng sản xuất được nâng cao và giảm bớt chi phí sản xuất. 4.Quản lý quá trình sản xuất: Các thông tin về hệ thống sản xuất đều được truyền về cho máy tính giám sát và thống kê, tổng kết quá trình sản xuất: số lượng sản phẩm, số lượng nguyên vật liệu còn tồn trữ… [...]... ON hay OFF thiết bò điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bò vật lý Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình GVHD: Nguyễn Văn Tấn 4 SVTH: Võ Trung Việt Trường Đại Học Quốc Tế Hồng Bàng Khoa Điện – Điện Tử 2 Đặc Điểm Chung Plc S7-200: S7-200 là thiết bò điều khiển logic... đơn vò kết quả ghi vào OUT Trong STL kết quả ghi vào IN A D STL DECB IN L Lệnh giảm giá trò Word IN đi một đơn vò kết quả ghi vào OUT Trong STL kết quả ghi vào IN A D STL DECW IN L Lệnh giảm giá trò Double Word IN đi một đơn vò kết quả ghi vào OUT Trong STL kết quả ghi vào IN A D STL DECD IN L Lệnh thực hiện việc lấy căn bậc hai của một số IN kết quả ghi vào số OUT 32 bit A D 5 Nhóm lệnh điều khiển. .. của hãng Siemens dựa trên 3 phương pháp cơ bản:  Phương pháp hình thang (Ladder logic _ LAD):LAD là ngơn ngữ lập trình bằng đồ họa Nhữnh thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với những thành phần cơ bản dùng trong bảng mạch rơle  Phương pháp khối hàm (Function Block Diagram _ FBD): là ngôn ngữ đồ họa thích hợp với những người quen với thiết kế mạch điều khiển số  Phương pháp liệt kê câu lệnh... (Variable Memory) lưu các kết quả trung gian khi thực hiện chương trình  Miền M (internal Memory bits) được sử dụng như các relay điều khiển để lưu trạng thái trung gian của 1 hoạt động hoặc các thơng tin điều khiển khác (byte, word, Dword)  Miền SM (Special memory bits) chứa các bit để lựa chọn và điều khiển các chức năng đặc biệt của CPU (byte, word, Dword) 3 Vùng đối tượng: Lưu giữ dữ liệu cho các dối... Plc: PLC viết tắt của Programmable Logic Control, là thiết bò điều khiển Logic lập trình được, cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian đònh thì hay các sự kiện... sử dụng ngõ ra ở nhiề u cấp điện áp ( có thể sử dụng ngõ ra 0V,24V,220V….) Tuy nhiên,nhược điểm của nó : do ngõ ra rơ le nên thời gian đáp ứng của rơle không được nhanh cho ứng dụng điều rộng xung,hoặc Output tốc độ cao… a/ Loại cấp điện áp 24VDC : Ngõ vào : tích cực mức 1 ở cấp điện áp +24VDC ( 15VDC – 30VDC) Ngõ ra : Ngõ ra Transistor Ưu điểm của loại này là ngõ ra Transistor,do đó có thể sử dụng. .. hiện lệnh DTCH EVNT : Số thứ tự sự kiện ngắt bò cấm 11 Lệnh Xuất xung tốc độ cao: CPU S7_200 có 2 ngõ ra xung tốc độ cao (Q0.0 ,Q0.1),dùng cho việc điều rộng xung tốc độ cao nhằm điều khiển các thiết bò bên ngoài Có 2 cách điều rộng xung :điều rộng xung 50%,và điều rông xung theo tỉ lệ  PTO là một dãy xung vuông tuần hoàn có chu kì là một số nguyên nằm trong khoảng 250s65535s hoặc 250ms65535ms Độ... vi xử lý điều khiển tất cả các hoạt động của PLC như: thực hiện chương trình, xử lý vào/ra, truyền thông với các thiết bò bên ngoài… Bộ nhớ: có nhiều bộ nhớ khác nhau dùng để chứa chương trình hệ thống, trò số của timer, counter …, tùy theo yêu cầu của người dùng có thể chọn các bộ nhớ khác nhau  Bộ nhớ ROM: là loại bộ nhớ không thay đổi được, bộ nhớ này chỉ được nạp một lần nên ít được sử dụng phổ... này để điều rộng xung,hoặc Output tốc độ cao.… Tuy nhiên,nhược điểm của nó : do ngõ ra Transistor nên ngõ ra chỉ có một cấp điện áp duy nhất là +24VDC,do vậy sẽ gặp rắc rối trong những ứng dụng có cấp điện áp ra là 0VDC, trong trường hợp này buộc ta phải thông qua 1 rơle 24Vdc đệm 4 Cấu Trúc Cơ Bản Của Một Plc S7-200 Một PLC bao gồm một bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ để lưu trữ chương trình ứng dụng và... tiếng Anh, đặc trưng cho công dụng riêng của chúng như sau:  Miền I (Input image register) là thanh ghi đệm, lưu các giátrịngõ vào khi PLC hoạt động GVHD: Nguyễn Văn Tấn 8 SVTH: Võ Trung Việt Trường Đại Học Quốc Tế Hồng Bàng Khoa Điện – Điện Tử  Miền Q (Output image register) thanh ghi đệm, chứa các kết quả chương trình để điều khiển ngõ ra  Miền V (Variable Memory) lưu các kết quả trung gian khi thực