Giáo trình PLC nâng cao (Trình độ Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Lào Cai

G TRONG CHƯƠNG TRÌNH 1.1. Xác định quy trình làm việc của phụ tải  Quy trình công nghệ như sau: Mô tả hoạt động: Tại 1 nhà xe 2 tầng, nếu nhiệt độ trong mỗi tầng của nhà xe ≥ 300C, cảm biến nhiệt độ đưa tín hiệu vào PLC, PLC sẽ ra lệnh cho quạt tản nhiệt hoạt động để làm mát, khi nhiệt độ trong mỗi tầng ≥ 450C thì PLC sẽ ra lệnh cho chuông báo kêu, báo động mức nhiệt độ cao trong nhà xe.  Mạch điện bao gồm : Hai quạt tản nhiệt; hai cảm biến nhiệt độ; hai chuông báo; một bộ nút bấm 02 nút STOP – START. 1.2. Các lệnh của PLC S7 - 300 được sử dụng trong chương trình 1.2.1. Lệnh SCALE xử lý tín hiệu analog đầu vào Nếu giá trị analog đọc vào có dạng số hoá (mức) thì cần phải bình thường hoá trước khi đưa vào xử lý trong PLC để làm cho việc xử lý đơn giản hơn. Người dùng có thể sử dụng lệnh SCALE để xử lý những ngõ vào in hiệu analog để trả về đúng giá trị thực như mong muốn: mức của cảm biến, mức của hệ thống, tỉ lệ phần trăm Lệnh SCALE có tác dụng chuyển đổi giá trị số nguyên được đặt vào ngõ IN thành giá trị nằm trong khoảng LO_LIM và HI_LIM. Và ngõ ra được xuất ra OUT dựa theo công thức sau: OUT = [ ((FLOAT (IN) – K1)/(K2–K1)) * (HI_LIM-LO_LIM)] + LO_LIM Trong đó các tham số và hằng số được sử dụng trong lệnh SCALE: Tham số IN là giá trị đầu vào cần chuyển đổi, với kiểu dữ liệu số nguyên (K1 < IN < K2), thông thường khai báo là địa chỉ của tín hiệu ngõ vào analog là PIW Hằng số K1 và K2 được xác định dựa theo giá trị của tham số Bipolar:  Nếu Bipolar = 1 thì giá trị K1 = -27648.0 và K2 = +27648.0  Nếu Bipolar = 0 thì giá trị của K1 = 0.0 và K2 = +27648.0 Tham số HI_LIM và LO_LIM là giá trị cận trên và cận dưới của đơn vị kỹ thuật, với kiểu dữ liệu là số thực (Real). Ví du: Giá trị cảm biến trả về từ 0 – 10V thì ta có thể khai báo là HI LIM = 10.0 và LO_LIM = 0.0. Hoặc chúng ta có thể khai báo theo ti lê % của hệ thống là HI_LIM = 100.0 và LO_LIM = 0.0 tuỳ thuộc vào người dùng. Tham số OUT là ngõ ra của lệnh chuyên đối, với kiểu dữ liệu số thực - Real (LO_LIM < OUT E HI_LIM), có giá trị đúng với giá trị ảm biến trả về hoặc tương ứng theo tỉ lệ % của hệ thống tuỳ thuộc vào người dùng khai báo ở HI_LIM và LO_LIM... 92 Tham số RET_VAL là kết quả trả lỗi trả về, với kiểu dữ liệu Word. Nếu không xảy ra lỗi thì kết quả trả về W#16#0000 và ngược lại. 1.2.2. Lệnh UNSCALE xử lý tín hiệu Analog đầu ra Sau khi giá trị qua Scale được xử lý theo yêu cầu hoạt động của hệ thống hay thuật toán điều khiển của người dùng, thì ta cần phải chuyển đổi/mã hoá lại giá trị theo định dạng INT để xuất tín hiệu ra ngõ PQW của mô-đun xuất tín hiệu analog. Người dùng có thể sử dụng lệnh Unscale để xử lý việc số hóa trở lại cho những giá trị đã được xử lý trong PLC. Lệnh UNSCALE có tác dụng chuyển đổi ngược từ giá trị kỹ thuật sang số nguyên (INT) để xuất tín hiệu ra mô-đun AO. Dựa theo tham công thức sau: OUT = [ ((IN-LO_LIM)/(HI_LIM-LO_LIM)) * (K2–K1) ] + K1 Trong đó các tham số và hằng số được sử dụng trong lệnh UNSCALE: Tham số IN là giá trị trả về từ phép tính mong muốn so với dữ liệu từ Analog in, với kiểu dữ liệu số thực - Real (LO_LIM < IN < HI_LIM). Hằng số K1 và K2 được xác định dựa theo giá trị của tham số Bipolar: • Nếu Bipolar = 1 thì giá trị K1 = –27648.0 và K2 = +27648.0 • Nếu Bipolar = 0 thì giá trị của K1 = 0.0 và K2 = +27648.0 Tham số HI_LIM và LO_LIM là giá trị cận trên và cân dưới của đơn vị kỹ thuật, với kiểu dữ liệu là số thực – Real. Ví dụ: Giá trị cảm biến trả về từ 0 – 10V thì ta có thể khai báo là HI LIM = 10.0 và LO_LIM = 0.0. Hoặc chúng ta có thể khai báo eo ti lê % của hệ thống là HI_LIM = 100.0 và LO_LIM = 0.0 tùy thuộc vào người dùng. Tham số OUT là giá trị dưới dạng số hoá (mức) để xuất ra ngõ PQW của Mô-đun analog out, với kiểu dữ liệu số nguyên (K1 < OUT < K2). Tham số RET_VAL là kết quả trả lỗi trả về, với kiểu dữ liệu Word. Nếu không xảy ra lỗi thì kết quả trả về W#16#0000 và ngược lại. 2. VIẾT CHƯƠNG TRÌNH MẠCH ĐIỀU KHIỂN Chương trình mạch điều khiển có thể viết trên S7 Manager như sau: Bước 1: Tạo Project mới cho bài toán điều khiển. Có thể tạo theo 1 trong 2 cách: New hoặc New Project Wizard. Bước 2: Dựa vào các dự kiện của bài toán điều khiển lập bảng Symbols. Vào SIMATIC Manager → Project tạo ở bước 1 → SIMATIC 300 → CPU theo thực tế → S7 program → Symbols để mở bảng Symbols. 93 Hình 6 – 1: Bảng Symbols của bài toán Bước 3: Khởi tạo hàm chức năng FC1 với tên AI: Program Blocks → Add new block → Function, đặt tên AI và OK. Bước 4: Lập trình hàm chức năng FC1: Hình 6 – 2: Chương trình trên FC1 Bước 5: Ở thư mục S7 program vào Blocks → OB1 để viết chương trình điều khiển theo yêu cầu công nghệ của bài toán. Chọn trên thanh công cụ hoặc F8 để mở nhánh, chọn hoặc F9 để đóng nhánh. Chọn hoặc Ctr R để mở Network mới. Dưới đây là chương trình có thể tham khảo: - Chương trình gọi hàm chức năng FCAI trong OB1: 94 Hình 6 – 3: Chương trình trên network 1 - Chương trình điều khiển quạt và chuông báo: Hình 5 – 4: Chương trình trên network 2 và 3 Bước 6: Chạy mô phỏng kiểm tra chương trình. Chọn biểu tượng Simulation On/Off trên thanh công cụ của SIMATIC Manager. Chọn RUN – P hoặc STOP để dùng chức năng nạp chương trình. Chọn biểu tượng hoặc chọn SIMATIC Manager → PLC → Download để nạp chương trình xuống PLCSIM. Sau đó chọn để quan sát chương trình hoạt động. 95 3. LẮP ĐẶT VÀ NỐI DÂY CHO PLC S7-300. NẠP CHƯƠNG TRÌNH VÀ VẬN HÀNH THỬ 3.1. Lắp đặt và nối dây cho PLC S7-300. Nạp chương trình và vận hành thử Hướng dẫn thực hiện: Bước 1: Lắp đặt và nối dây cho PLC S7 – 300. Bước 2: Lắp đặt và kết nối chuông báo và quạt. Bước 3: Download chương trình từ SIMATIC Manager vào PLC S7 – 300. Cấp nguồn cho PLC, mở project muốn Download xuống PLC. Cài đặt giao thức kết nối giữa PLC với PC thông qua Set PG/PC Interface: Option → Set PG/PC Interface.Chọn giao thức kết nối tương ứng và kiểm tra xem giao thức có bị lỗi hay không thông qua chức năng Diagnosticvà chọn Test để kiểm tra. Chọn OK để đóng giao diện Set PG/PC Interface và tiến hành download chương trình xuống PLC. Bước 4: Vận hành mạch điện. 3.2. Sửa chữa mạch điện điều khiển. Chuẩn đoán và xử lý lỗi là một trong những bước vô cùng quan trọng để đảm bảo rằng hệ thống luôn chạy tốt nhất, tránh lỗi xảy ra trong quá trình vận hành, thay thế hay sửa chữa thiết bị phần cơ, điện, phần điều khiển Để làm được những điều đó thì việc lập trình cần tránh xảy ra lỗi. Tuy được xem là những tập lệnh logic căn bản, không khó trong việc hiểu và sử dụng nhưng điều đó không có nghĩa là sẽ không bị vướng phải những lỗi lập trình, kết nối. Để bắt đầu làm việc với khái niệm chẩn đoán và xử lý lỗi lập trình và kết nối PLC, chúng ta sẽ cùng khảo sát và giải quyết những lỗi căn bản để trong những hệ thống tránh xảy ra lỗi về phần mềm, giảm bớt quá trình kiểm soát chương trình sau này. Bảng lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp khắc phục: Lỗi thường gặp Nguyên nhân Biện pháp khắc phục Không download được chương trình - Cấu hình sai phần cứng - Chưa kết nối cáp truyền thông từ máy tính đến PLC. - Chọn sai truyền thông - Lỗi sử dụng trùng lặp vùng nhớ ở nhiều network - Lỗi sử dụng ngõ ra vừa dạng cuộn coil, vừa SET - Kiểm tra và cấu hình lại phần cứng cho project - Quan sát và kết nối cáp truyền thông. - Kiểm tra lại truyền thông - Kiểm tra và sửa lại theo 1 trong 2 cách sau: + Dùng tiếp điểm phụ M hoặc D + Đưa các ngõ vào cùng tác động chung một network - Dùng tiếp điểm phụ M hoặc D để lưu trạng thái 96 hoặc RESET trước khi xuất tín hiệu ra. Mạch điều khiển không hoạt động - PLC chưa nhận được chương trình điều khiển. - PLC đang ở chế độ STOP - Chưa kết nối PLC với thiết bị ngoại vi. - Chưa có nguồn cấp cho tín hiệu ngõ vào - ra - Download chương trình từ máy tính vào PLC. - Chuyển PLC sang chế độ RUN - Quan sát và kết nối PLC với thiết bị ngoại vi. - Kiểm tra, cấp nguồn cho tín hiệu ngõ vào - ra Mạch hoạt động không đúng yêu cầu - Chương trình sai. - Kết nối sai địa chỉ. - Kết nối sai mạch động lức. - Kiểm tra và sửa lại chương trình - Kiểm tra lại kết nối theo bảng Symbols. - Kiểm tra lại mạch động lực. PHIẾU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH CÔNG VIỆC: ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ 1/B6/MĐ23 Bước công việc Nội dung Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ, trang thiết bị Ghi chú 1 Tìm hiểu yêu cầu bài toán Đúng chế độ làm việc Hình vẽ/ hình ảnh minh họa 2 Xác định tất cả các đầu vào – ra cho hệ thống Đúng, đủ số lượng đầu vào – đầu ra Hình vẽ/ hình ảnh minh họa 3 Xác định cấu trúc phần cứng Lựa chọn đúng thiết bị, đúng thông số kỹ thuật PLC S7 – 300, các I/O vào ra của PLC, nguồn cấp, 4 Khai báo biến trong bảng Symbols và lập trình Gắn đúng địa chỉ các biến trong bảng symbol, chọn đúng các khối hàm để viết chương trình. Máy tính đã được cài phầm mềm SIMATIC Manager 97 5 Kiểm tra mô phỏng chương trình Mạch hoạt động đúng yêu cầu Máy tính đã được cài phầm mềm mô phỏng. 6 Đấu nối, nạp chương trình xuống PLC thật, vận hành thực tế và kiểm tra lỗi Kết nối đúng các I/O theo địa chỉ đã khai báo Chọn đúng cổng truyền thông Máy tính đã được lập trình bài toán - PLC đã được đấu nối. 7 Lưu trữ chương trình Lưu trữ đúng chương trình Máy tính đã được cài phầm mềm SIMATIC Manager 98 CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1: Trình bày nguyên lý hoạt động của Counter đếm xuống. Kể tên một vài ứng dụng và tạo Project minh họa? Câu 2: Viết chương trình điều khiển, kết nối vận hành mạch điện điều khiển mô hình máy trộn vật liệu với yêu cầu sau: - Khởi động hệ thống bằng nút Start, dừng hệ thống bằng nút Stop. - Hai chất lỏng cùng được bơm vào bình trộn nhờ hai bơm Avà B. Máy bơm hoạt động sau khi đã mở van được 5s. - Hai cảm biến S3 và S4 dùng để báo trạng thái chất lỏng chảy vào bình. Nếu sau khi khởi động 5s một trong hai cảm biến này không phát hiện có chất lỏng chảy vào bình lập tức dừng chương trình và báo đèn sự cố máy bơm ra bên ngoài. - Một cảm biến S5 báo bình chứa đã đầy và dừng cả hai máy bơm, sau khi máy bơm dừng 2s thì khóa van bơm. - Một cảm biến S6 báo đủ chất lỏng trong bình trộn bắt đầu cho phép động cơ trộn hoạt động và dừng trộn sau 10s khi chất lỏng trong bình đã đầy. - Sau khi chất lỏng trong bình trộn đã đều (động cơ trộn ngừng hoạt động). Van xả mở, khi chất lỏng đã xả hết cảm biến S7 tác động và khóa van xả lại. - Quá trình tự động lặp lại theo chu trình đã mô tả ở trên. Nếu chu trình đang thực hiện nhấn nút dừng hệ thống sẽ dừng lại. 99 BÀI 7: ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 1. CÁC LỆNH CỦA PLC S7-300 ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG CHƯƠNG TRÌNH 1.1. Xác định quy trình làm việc của phụ tải  Sơ đồ mô tả công nghệ: Hình 7 – 1: Sơ đồ công nghệ  Quy trình công nghệ như sau: - Khi nhấn nút nhấn nâng thì gàu sẽ chạy lên (đèn D sáng) đến công tắc giới hạn trên thì gàu dừng lại (đèn D tắt). - Khi nhấn nút nhấn hạ thì gàu sẽ hạ xuống (đèn D sáng) đến công tắc giới hạn dưới thì gàu dừng lại (đèn D tắt). - Trong khi đang di chuyển nếu nhấn nút nhấn dừng thì gàu dừng lại và sau đó có thể nâng gàu lên hay hạ gàu xuống theo mong muốn. - Trong lúc hệ thống đang hoạt động mà có bất kỳ sự cố nào xảy ra thì dừng ngay và đưa tín hiệu nháy đèn với thời gian trong 1 chu kỳ là 4 giây.  Mạch điện bao gồm : Một motor 3 pha; một bộ nút bấm 03 nút NANG – DUNG – HA; 2 công tắc giới hạn trên – dưới; 02 contactor K1, K2; 01 rơle nhiệt RN để bảo vệ quá tải cho motor khuấy. Đèn báo D, đèn L báo hiệu sự cố. 1.2. Các lệnh của PLC S7 - 300 được sử dụng trong chương trình Từ sơ đồ công nghệ hình 7 – 1 ta thấy quan hệ logic của tín hiệu đầu vào và đầu ra như sau: - Mạch thiết kế số biến đầu ra K1: tín hiệu đầu vào gồm OL (thường đóng), STOP (thường đóng), HTT (thường đóng), NANG (thường mở) và tín hiệu ra K1. Tuy nhiên, tín hiệu NANG là không chắc chắn, chỉ là 1 trong khi ấn NANG và khi dừng ấn thì trở về 0. Nên tín hiệu ra K1 (thường mở) được dùng để hỗ trợ cho tín hiệu NANG. Khi tín hiệu ra K2 có mức logic là 1 thì K2 (thường đóng) được dùng để chuyển K1 về 0, thực hiện khóa liên động. Vậy hàm thuật toán logic của biến đầu ra K1 là: 100 K1 2 1F =OL.STOP.K .(NANG + K ).HTT - Mạch thiết kế số biến đầu ra K2: tín hiệu đầu vào gồm OL (thường đóng), STOP (thường đóng), HTD (thường đóng), HA (thường mở) và tín hiệu ra K2. Tuy nhiên, tín hiệu HA là không chắc chắn, chỉ là 1 trong khi ấn HA và khi dừng ấn thì trở về 0. Nên tín hiệu ra K2 (thường mở) được dùng để hỗ trợ cho tín hiệu HA. Khi tín hiệu ra K1 có mức logic là 1 thì K1 (thường đóng) được dùng để chuyển K2 về 0, thực hiện khóa liên động. Vậy hàm thuật toán logic của biến đầu ra K2 là: K2 2 1F =OL.STOP.HTD.(HA + K ).K - Mạch thiết kế số biến đầu ra cho đèn báo sự cố L: Trên sơ đồ nguyên lý chỉ thể hiện đèn báo sự cố L sáng khi có sự cố quá tải xảy ra chứ không sáng nhấp nháy theo chu kỳ. Để đèn sáng nhấp nháy theo chu kỳ ta thực hiện theo hàm logic sau: L 1F = OL.TM Trong đó: TM1 2F = OL.TM TM2 1F = OL.TM Từ mạch thiết kế số của các biến đầu ra ở trên, ta có thể sử dụng các lệnh lập trình các tiếp điểm I/O với phép toán AND, OR và sử dụng Timer trễ sườn lên không nhớ SD hoặc S_ODT. 2. VIẾT CHƯƠNG TRÌNH MẠCH ĐIỀU KHIỂN Chương trình mạch điều khiển có thể viết trên S7 Manager như sau: Bước 1: Tạo Project mới cho bài toán điều khiển. Có thể tạo theo 1 trong 2 cách: New hoặc New Project Wizard. Bước 2: Dựa vào các dự kiện của bài toán điều khiển lập bảng Symbols. Vào SIMATIC Manager → Project tạo ở bước 1 → SIMATIC 300 → CPU theo thực tế → S7 program → Symbols để mở bảng Symbols. Hình 7 – 2: Bảng Symbols của bài toán Bước 3: Ở thư mục S7 program vào Blocks → OB1 để viết chương trình điều khiển theo yêu cầu công nghệ của bài toán. Chọn trên thanh công cụ hoặc F8 để mở nhánh, chọn hoặc F9 để đóng nhánh. Chọn hoặc Ctr R để mở Network mới. Dưới đây là chương trình có thể tham khảo: 101 - Chương trình điều khiển nâng gàu: Hình 7 – 3: Chương trình trên network 1 - Chương trình điều khiển hạ gàu: Hình 7 – 4: Chương trình trên network 2 - Chương trình điều khiển đèn báo sự cố: Hình 7 – 5: Chương trình trên network 3 Bước 4: Chạy mô phỏng kiểm tra chương trình. Chọn biểu tượng Simulation On/Off trên thanh công cụ của SIMATIC Manager. Chọn RUN – P hoặc STOP để 102 dùng chức năng nạp chương trình. Chọn biểu tượng hoặc chọn SIMATIC Manager → PLC → Download để nạp chương trình xuống PLCSIM. Sau đó chọn để quan sát chương trình hoạt động. Chọn biểu tượng để giám sát ngõ vào; chọn biểu tượng để giám sát ngõ ra và chọn biểu tượng để giám sát Timer. Hình 7 – 6: Mô phỏng chương trình trên PLCSIM 3. LẮP ĐẶT VÀ NỐI DÂY CHO PLC S7-300. NẠP CHƯƠNG TRÌNH VÀ VẬN HÀNH THỬ 3.1. Lắp đặt và nối dây cho PLC S7-300. Nạp chương trình và vận hành thử Hướng dẫn thực hiện: Bước 1: Lắp đặt và nối dây cho PLC S7 – 300 theo sơ đồ sau: Hình 7 – 7: Sơ đồ nối dây cho PLC S7 – 300 103 Bước 2: Lắp đặt và kết nối đèn tín hiệu để điều khiển theo sơ đồ sau: Hình 7 – 8: Sơ đồ nối dây điều khiển công tắc tơ và đèn báo Bước 3: Download chương trình từ SIMATIC Manager vào PLC S7 – 300. Cấp nguồn cho PLC, mở project muốn Download xuống PLC. Cài đặt giao thức kết nối giữa PLC với PC thông qua Set PG/PC Interface: Option → Set PG/PC Interface.Chọn giao thức kết nối tương ứng và kiểm tra xem giao thức có bị lỗi hay không thông qua chức năng Diagnosticvà chọn Test để kiểm tra. Chọn OK để đóng giao diện Set PG/PC Interface và tiến hành download chương trình xuống PLC. Bước 4: Vận hành mạch điện. 3.2. Sửa chữa mạch điện điều khiển. Chuẩn đoán và xử lý lỗi là một trong những bước vô cùng quan trọng để đảm bảo rằng hệ thống luôn chạy tốt nhất, tránh lỗi xảy ra trong quá trình vận hành, thay thế hay sửa chữa thiết bị phần cơ, điện, phần điều khiển Để làm được những điều đó thì việc lập trình cần tránh xảy ra lỗi. Tuy được xem là những tập lệnh logic căn bản, không khó trong việc hiểu và sử dụng nhưng điều đó không có nghĩa là sẽ không bị vướng phải những lỗi lập trình, kết nối. Để bắt đầu làm việc với khái niệm chẩn đoán và xử lý lỗi lập trình và kết nối PLC, chúng ta sẽ cùng khảo sát và giải quyết những lỗi căn bản để trong những hệ thống tránh xảy ra lỗi về phần mềm, giảm bớt quá trình kiểm soát chương trình sau này. Bảng lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp khắc phục: Lỗi thường gặp Nguyên nhân Biện pháp khắc phục Không download được chương trình - Cấu hình sai phần cứng - Chưa kết nối cáp truyền thông từ máy tính đến PLC. - Chọn sai truyền thông - Lỗi sử dụng trùng lặp vùng nhớ ở nhiều network - Kiểm tra và cấu hình lại phần cứng cho project - Quan sát và kết nối cáp truyền thông. - Kiểm tra lại truyền thông - Kiểm tra và sửa lại theo 1 trong 2 cách sau: + Dùng tiếp điểm phụ M 104 - Lỗi sử dụng ngõ ra vừa dạng cuộn coil, vừa SET hoặc RESET hoặc D + Đưa các ngõ vào cùng tác động chung một network - Dùng tiếp điểm phụ M hoặc D để lưu trạng thái trước khi xuất tín hiệu ra. Mạch điều khiển không hoạt động - PLC chưa nhận được chương trình điều khiển. - PLC đang ở chế độ STOP - Chưa kết nối PLC với thiết bị ngoại vi. - Chưa có nguồn cấp cho tín hiệu ngõ vào - ra - Download chương trình từ máy tính vào PLC. - Chuyển PLC sang chế độ RUN - Quan sát và kết nối PLC với thiết bị ngoại vi. - Kiểm tra, cấp nguồn cho tín hiệu ngõ vào - ra Mạch hoạt động không đúng yêu cầu - Chương trình sai. - Kết nối sai địa chỉ. - Kết nối sai mạch động lức. - Kiểm tra và sửa lại chương trình - Kiểm tra lại kết nối theo bảng Symbols. - Kiểm tra lại mạch động lực. PHIẾU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH CÔNG VIỆC: ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 1/B7/MĐ23 Bước công việc Nội dung Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ, trang thiết bị Ghi chú 1 Tìm hiểu yêu cầu bài toán Đúng chế độ làm việc Hình vẽ/ hình ảnh minh họa 2 Xác định tất cả các đầu vào – ra cho hệ thống Đúng, đủ số lượng đầu vào – đầu ra Hình vẽ/ hình ảnh minh họa 3 Xác định cấu trúc phần cứng Lựa chọn đúng thiết bị, đúng thông số kỹ thuật PLC S7 – 300, các I/O vào ra của PLC, nguồn cấp, 4 Khai báo biến trong bảng Gắn đúng địa chỉ các biến trong Máy tính đã được cài phầm mềm SIMATIC 105 Symbols và lập trình bảng symbol, chọn đúng các khối hàm để viết chương trình. Manager 5 Kiểm tra mô phỏng chương trình Mạch hoạt động đúng yêu cầu Máy tính đã được cài phầm mềm mô phỏng. 6 Đấu nối, nạp chương trình xuống PLC thật, vận hành thực tế và kiểm tra lỗi Kết nối đúng các I/O theo địa chỉ đã khai báo Chọn đúng cổng truyền thông Máy tính đã được lập trình bài toán - PLC đã được đấu nối. 7 Lưu trữ chương trình Lưu trữ đúng chương trình Máy tính đã được cài phầm mềm SIMATIC Manager 106 CÂU HỎI ÔN TẬP Câu hỏi: Viết chương trình điều khiển, kết nối và vận hành mạch điều khiển thang máy xây dựng sử dụng lệnh SR? 107 BÀI 8: MÀN HÌNH CẢM BIẾN 1. CÁCH SỬ DỤNG MÀN HÌNH CẢM BIẾN 1.1. Giới thiệu màn hình cảm biến HMI 1.1.1 HMI là gì? HMI là từ viết tắt của Human – Machine – Interface, có nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành với máy móc thiết bị. Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao diện” với một máy móc thì đó là một HMI. Cảm ứng trên lò viba của bạn là một HMI, hệ thống số điều khiển trên máy giặt, bảng hướng dẫn lựa chọn phần mềm hoạt động từ xa trên TV đều là HMI, Bộ truyền và cảm biến trước kia đều không có HMI, nhiều thiết bị trong số đó thậm chí không có cả một HMI đơn giản như một hiển thị đơn thuần. Rất nhiều trong số đó không có hiển thị, chỉ với một tín hiệu đầu ra. Một số có một HMI thô sơ: một hiển thị ASC II đơn hoặc hai dòng ASCII với một tập hợp các arrow cho lập trình, hoặc 10 phím nhỏ. Có rất ít các thiết bị hiện trường, cảm biến và bộ phân tích từng có bảng HMI thực sự có khả năng cung cấp hình ảnh đồ họa tốt, có cách thức nhập dữ liệu và lệnh đơn giản, dễ hiểu, đồng thời cung cấp một cửa sổ có độ phân giải cao cho quá trình. HMI sử dụng toàn bộ máy tính và màn hình hiển thị thì hạn chế đối với các phòng điều khiển bởi vì mạch máy tính, màn hình và ổ đĩa dễ hỏng. Vỏ bọc được phát triển để giúp cho HMI sử dụng máy tính có thể định vị bên ngoài sàn nhà máy, nhưng rất rộng, kềnh càng và dễ hỏng do sức nóng, độ ẩm, sự rửa trôi và các sự cố khác ở sàn nhà máy. HMI máy tính trước đây cũng tiêu thụ rất nhiều điện năng. Một máy tính “desktop” thông thường trong những năm 80 của thế kỷ 20 có công suất 200 W. 1.1.2 Hỗ trợ người vận hành Khi các quá trình ở sàn nhà máy được tự động hóa nhiều hơn, người điều khiển cần có thêm nhiều thông tin về quá trình, và yêu cầu về hiển thị và điều khiển nội bộ trở nên phức tạp hơn. Một trong những đặc điểm tiến bộ trong lĩnh vực này là hiển thị dạng cảm ứng. Điều này giúp cho người điều khiển chỉ cần đơn giản ấn từng phần của hiển thị có một “nút ảo” trên thiết bị để thực hiện hoạt động hay nhận hiển thị. Nó cũng loại bỏ yêu cầu có bàn phím, chuột và gậy điều khiển, ngoại trừ công tác lập trình phức tạp ít gặp có thể được thực hiện bởi người trong ngành mà thôi. Một ưu điểm khác nữa là hiển thị dạng tinh thể lỏng. Nó chiếm ít không gian hơn, mỏng hơn hiển thị dạng CRT, và do đó có thể được sử dụng trong những không gian nhỏ hơn. Ưu điểm lớn nhất là trong các máy tính nhúng có hình dạng nhỏ gọn giúp nó thay thế hiển thị 2 đường trên một công cụ thông thường hay trên bộ truyền với một HMI có đầy đủ tính năng. Người điều khiển làm việc trong không gian rất hạn chế tại sảnh nhà máy. Đôi khi không có chỗ cho họ, các công cụ, phụ tùng và HMI cỡ lớn nên họ cần có HMI có thể di chuyển được. 1.1.3 HMI truyền thống và HMI hiện đại a. HMI truyền thống 108  HMI truyền thống bao gồm: - Thiết bị nhập thông tin: công tắc chuyển mạch, nút bấm - Thiết bị xuất thông tin: đèn báo, còi, đồng hồ đo, các bộ tự ghi dùng giấy.  Nhược điểm của HMI truyền thống: - Thông tin không đầy đủ. - Thông tin không chính xác. - Khả năng lưu trữ thông tin hạn chế. - Độ tin cậy và ổn định thấp. - Đối với hệ thống rộng và phức tạp: độ phức tạp rất cao và rất khó mở rộng. b. Các thiết bị HMI hiện đại Do phát sự phát triển của Công nghệ thông tin và Công nghệ Vi điện tử, HMI ngày nay sử dụng các thiết bị tính toán mạnh mẽ.  HMI hiện đại chia làm 2 loại chính: - HMI trên nền PC và Windows/MAC: SCADA. - HMI trên nền các máy tính nhúng: HMI chuyên dụng - Ngoài ra còn có một số loại HMI biến thể khác MobileHMI dùng Palm, PoketPC.  Các ưu điểm của HMI hiện đại: - Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thông tin. - Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ xung thông tin cần thiết. - Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa. - Tính “Mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều loại giao thức. - Khả năng lưu trữ cao.  Các thành phần của HMI:  Phần cứng: - Màn hình: - Các phím bấm - Chips: CPU, ROM, RAM, EPROM/Flash,  Phần Firmware: - Các đối tượng - Các hàm và lệnh - Phần mềm phát triển - Các công cụ xây dựng HMI. - Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối. - Các công cụ mô phỏng 109  Truyền thông: - Các cổng truyền thông. - Các giao thức truyền thông  Các thông số đặc trưng của HMI: - Độ lớn màn hình: quyết định thông tin cần hiển thị cùng lúc của HMI. - Dung lượng bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, Flash dữ liệu: quyết định số lượng tối đa biến số và dung lượng lưu trữ thông tin. - Số lượng các phím và các phím cảm ứng trên màn hình: khả năng thao tác vận hành. - Chuẩn truyền thông, các giao thức hỗ trợ. - Số lượng các đối tượng, hàm lệnh mà HMI hỗ trợ. - Các cổng mở rộng: Printer, USB, CF, PCMCIA, PC100...  Quy trình xây dựng hệ thống HMI:  Lựa chọn phần cứng: - Lựa chọn kích cở màn hình: trên cơ sở số lượng thông số/thông tin cảm biến hiển thị đồng thời. nhu cầu về đồ thị, đồ họa(lưu trình công nghệ...). - Lựa chọn số phím cứng, số phím cảm ứng tối đa cùng sử dụng cùng lúc. - Lựa chọn các cổng mở rộng nếu có nhu cầu in ấn, đọc mã vạch, kết nối các thiết bị ngoại vi khác. - Lựa chọn dung lượng bộ nhớ: theo số lượng thông số cần thu thập số liệu, lưu trữ dữ liệu, số lượng trang màn hình cần hiển thị.  Xây dựng giao diện: - Cấu hình phần cứng: chọn phần cứng, chuẩn giao thức... - Xây dựng các màn hình. - Gán các biến số (tag) cho các đối tượng. - Sử dụng các đối tượng đặc biệt. - Viết các chương trình script (tùy chọn). - Mô phỏng và gỡ rối chương trình. - Nạp thiết bị xuống HMI. 1.1.4 Các thuật ngữ và khái niệm cơ bản của HMI a. Màn hình( Screen ): - Là thành phần của phần mềm ứng dụng HMI được xây dựng trên công cụ phần mềm phát triển HMI và được nạp xuống thiết bị để chạy. - Là nơi chứa đựng các đối tượng (Obj), các biến số (tags), các chương trình dạng ngữ cảnh (script). b. Đối tượng HMI 110 Biến số (Tags): Gồm các biến số nội tại bên trong hệ điều hành thiết bị HMI, dùng để làm các biến số trung gian cho quá trình tính toán, các biến số quá trình trong các thiết bị trên mạng điều khiển: trong PLC, trong thiết bị đo lường thông minh, trong các thiết bị nhúng nà controller khác... c. Kiểu biến - Kiểu biến số (Tag type/Data type ): - Bit: 0/1 (true/false) - Byte: 0 ÷ 255 - Word: 2 byte = 0 ÷ 65025. - Interger (Nguyên): -32512 ÷ +32512 - Long, Float, BCD. - String: abc. d. Chương trình script - Script toàn cục (global): đoạn mã chương trình Script có tác động đến toàn bộ hệ thống HMI - Script đối tượng (Object script): là script chỉ tác dụng đến đối tượng đó. Thường là các đoạn mã chương trìnhviết cho các sự kiện (event) của đối tượng. Ví dụ: Script cho button, với sự kiễn “nhấn nút”. e. Trend - Là dạng đồ thị biểu diễn sự thay đổi của một biến(tag) theo thời gian. - Có 2 loại trend chính: Trend hiện thời và trend quá khứ (history). f. Cảnh báo Alarm Là một loại đối tượng để đưa ra các báo động hay thông báo sự cố cho hệ thống. 1.2. Tìm hiểu phần mềm wincc flexible 2008 Để có thể thiết kế chương trình và điều khiển PLC bằng HMI ta phải sử dụng phần mềm WinCC flexible 2008. WinCC flexible 2008 có thể tạo giao diện người – máy (HMI) dựa trên cơ sở giao tiếp giữa con người với các hệ thống máy, thiết bị điều khiển (PLC, CNC...) thông qua các hình ảnh, sơ đồ, hình vẽ, hay các câu chữ mang tính trực quan. Có thể giúp người vận hành theo dõi được quá trình làm việc, thay đổi các thông số, công thức hoặc quá trình hoạt động, hiển thị các giá trị hiện thời cũng như giao tiếp với quá trình công nghệ của hệ thống tự động qua màn hình máy tính hoặc Panel màn hình cảm ứng mà không cần trực tiếp với phần cứng của hệ thống. Giao diện HMI cũng có thể giúp người vận hành giám sát quá trình sản xuất một cách dễ dàng và nhanh chóng, báo động hệ thống khi có sự cố. Từ máy tính trung tâm, có thể điều khiển sự hoạt động toàn bộ dây chuyền sản xuất được lập trình trên WinCC flexible 2008. Dựa trên HMI có thể giám sát tất cả các dữ liệu vào/ra (I/O) một cách chính xác. Do đó WinCC flexible 2008 là phần mềm thiết kế giao diện HMI cần thiết không 111 thể thiếu trong các hệ thống tự động hóa phức tạp và hiện đại. 1.2.1. Các thành phần và chức năng cơ bản trong phần mềm WinCC flexible 2008. Cửa sổ chính của phần mềm (Control Center) chứa tất cả các chức năng cho toàn hệ thống, trong cửa sổ này có thể đặt cấu hình và khởi động chức năng Runtime (mô phỏng hệ thống thời gian thực). Hình 8 - 1: Cửa sổ chính của phần mềm (Control Center)  Nhiệm vụ của Control Center: - Thiết lập cấu hình toàn cục cho hệ thống. - Quản lý các dự án (Projects) như: tạo mới, lưu, mở dự án có sẵn. Có khả năng nối mạng và soạn thảo cho nhiều người sử dụng trong một dự án. - Thiết lập cấu hình cho các chức năng định vị đặc biệt. - Diễn tả bằng đồ thị của dữ liệu cấu hình. - Chuyển giữa chế độ thiết kế cấu hình và Runtime. - Kiểm tra chế độ mô phỏng, trợ giúp thao tác để đặt cấu hình dữ liệu gồm: biên dịch hình vẽ, mô phỏng tag, hiển thị trạng thái và thiết lập báo cáo. - Báo cáo trạng thái hệ thống. - Tạo và soạn thảo các dữ liệu giữa các phần mềm đan chéo có liên quan.  Các thành phần cơ bản của Control Center: - WinCC flexible Engineering System: là thành phần cơ bản và quan trọng nhất có nhiệm vụ thiết kế và lập trình một hệ thống HMI. 112 Hình 8 - 2: WinCC flexible Engineering System - Creens: tạo và kết nối quá trình bằng hình vẽ, đồ thị. Bao gồm cửa sổ để thiết kế hệ thống. Hình 8 - 3: Creens trong WinCC flexible 2008 113 - Thang công cụ Tools: chứa tất cả công cụ để vẽ một hệ thống tự động. Hình 8 - 4: Thang công cụ Tools trong WinCC flexible 2008 - Communication: kết nối và xử lý dữ liệu của quá trình. Một kết nối logic mô tả giao diện giữa hệ thống tự động và quản lý dữ liệu trong WinCC flexible. Quản lý dữ liệu của máy tính đảm trách việc cung cấp các tags (biến) với các giá trị quá trình khi Runtime. Hình 8 - 5: Communication trong WinCC flexible 2008 - Biến (tags): là phần tử trung tâm để truy nhập các giá trị của quá trình. Trong một dự án, chúng nhận một tên và một kiểu dữ liệu duy nhất. Kết nối logic được gán với biến của WinCC flexible. Kết nối này xác định rằng kênh nào sẽ chuyển giao giá trị quá trình cho các biến. - Các biến được lưu trữ trong cơ sỡ dữ liệu toàn dự án. Khi một chế độ của WinCC flexible được khởi động, tất cả các biến trong một dự án được nạp và các cấu trúc của chế độ Runtime tương ứng được thiết lập. Mỗi biến được lưu trữ trong quản lý dữ liệu theo các kiểu dữ liệu chuẩn như sau: - Biến nội: Các biến nội không có địa chỉ trong hệ thống PLC, do đó quản lý dữ liệu bên trong WinCC flexible sẽ cung cấp cho toàn bộ mạng hệ thống (Network). Các lớp biến nội được dùng lưu trữ thông tin tổng quát như: ngày giờ hiện hành, lớp hiện hành, cập nhật liên tục. Hơn nữa các biến nội cho phép trao đổi dữ liệu giữa các ứng dụng để thực hiện việc truyền thông cho quá trình theo cách tập trung và tối ưu. - Biến quá trình: Trong hệ thống WinCC flexible, biến ngoài cũng có thể hiểu là tag quá trình. Các biến quá trình được liên kết với truyền thông logic để phản ánh 114 thông tin về địa chỉ của hệ thống PLC khác nhau. Các biến ngoài chứa một tổng quát gồm thông tin về tên, kiểu, các giá trị giới hạn và một mục chuyên biệt về kết nối mà cách diễn tả phụ thuộc kết logic. Quản lý dữ liệu luôn cung cấp những mục đặc biệt của quá trình cho các ứng dụng trong một dự án. - Nhóm biến: Nhóm biến chứa tất cả các biến có kết nối logic với nhau. Ví dụ về các nhóm biến: + CPU: Nhóm này chứa tất cả các biến truy nhập cùng một CPU. + Lò nhiệt: Nhóm này chứa tất cả các biến truy nhập cho một lò. + I/O số: Nhóm này chứa tất cả các biến truy nhập các đầu vào/ra số. + I/O tương tự: Nhóm này chứa tất cả các biến truy nhập các đầu vào/ra tương tự. Một kết nối logic diễn tả giao diện giữa hệ thống tự động và quản lý dữ liệu. Mỗi nhóm biến được gán với một khối kênh. Một kênh có thể chứa nhiều nhóm biến. - Các kiểu dữ liệu: Biến phải gán vào một trong các kiểu dữ liệu sau cho mỗi biến được định cấu hình. Việc gán kiểu dữ liệu cho biến được thực hiện trong khi tạo một biến mới. Kiểu dữ liệu của một biến độc lập với kiểu biến (Biến nội hay biến quá trình). Các kiểu dữ liệu (Data Types) có trong WinCC flexible.  Char: kiểu ký tự.  Byte: kiểu byte gồm 8 bit tương tự như vi xử lý.  Int: kiểu số nguyên không dấu.  Uint: kiểu số nguyên có dấu.  Long: kiểu số nguyên dài không dấu.  Ulong: kiểu số nguyên dài có dấu.  Float: kiểu số thực.  Double: kiểu số thực.  String: kiểu chuỗi.  Data time: kiểu ngày, giờ.  Raw Data type: kiểu dữ liệu thô (ta có thểđịnh nghĩa kiểu dữ liệu như trong các ngôn ngữ lập trình cấp cao : C, VB ...)  Alarm management: hệ thống quản lí thông báo, báo cáo, sự cố. Hình 8 - 6: Alarm management trong WinCC flexible 2008 Alarm management trong WinCC flexible có các đặc tính như sau: - Cung cấp các thông tin về lỗi và trạng thái hoạt động toàn diện, cho phép sớm nhận ra các tình trạng vận hành của thiết bị, tránh và giảm thiểu sự cố và nâng cao hiệu quả vận hành và chất lượng sản phẩm ngày càng tăng. - Cung cấp các số liệu cần thiết cho nhu cầu lưu trữ và kiểm tra về sau. 115 1.2.2 Làm việc với phần mềm wincc flexible 2008 Để có thể thiết kế chương trình trên phần mềm WinCC Lexible 2008, ta thực hiện như sau: Sau khi cài đặt chương trình từ CD ta vào C → Program → Simatic → WinCC flexible 2008 → WinCC flexible hoặc đường dẫn mặc định do người dùng chỉ định. Bước 1: Khởi động chương trình WinCC Flexible vào giao diện lập trình. Hình 8 - 7: Giao diện WinCC flexible Bước 2: Chọn Create an empty project sau đó nhấp vào Panels để chọn màn hình. Ví dụ chọn màn hình TP 277 ta nhấp vào Panels/270/TP277 6” và nhắp OK Hình 8 - 8: Chọn loại màn hình trên WinCC flexible 116 Hình 8 - 9: Màn hình TP 277 trên WinCC flexible Bước 3: Chọn kết nối với S7 – 300 trong mục Communication → Connection Hình 8 - 10: Chọn kết nối giữa màn hình TP 277 và S7 – 300 Bước 4: Tạo bảng Tag gồm các vùng nhớ của S7-300 mà các đối tượng của HMI sử dụng trong chương trình. Hình 8 - 11: Tạo bảng Tag trên WinCC flexible 117 Bước 5: Dùng các công cụ Tools (bên phải màn hình) để tạo nên một giao diện như hình dưới Hình 8 - 12: Thiết kế màn hình trên WinCC flexible Bước 6: Download xuống HMI: một chương trình từ WinCC Flexible xuống màn hình HMI thông qua cáp RS232. Ta chọn Project -> Transfer -> Transfer Hình 8 - 13: Download xuống HMI Sau đó xuất hiện bảng Select devices for transfer 118 Hình 8 - 14: Bảng Select devices for transfer Nhấn vào nút Transfer đồng thời nhấn nút Transfer trên màn hình HMI cùng lúc, chương trình sẽ được nạp vào màn hình HMI. 2. KẾT NỐI PC VỚI MÀN HÌNH CẢM BIẾN Màn hình cảm biến có thể kết nối với PC theo nhiều chuẩn khác nhau: Profinet, MPI, PC/PPI ... nên khi bạn kết nối chuẩn nào thì phải cài đặt HMI theo chuẩn đó thì kết nối mới thành công. Bước 1: Khi mới bật nguồn lên màn hình Loader sẽ hiện ra, bạn chọn Control panel để vào cài đặt. Hình 8 - 15: Màn hình Loader của TP 277 Bước 2: Chọn biểu tượng Transfer vào chọn chuẩn giao tiếp với PC Hình 8 - 16: Màn hình File View của TP 277 119 Bước 3: Chọn chuẩn giao tiếp với PC như sau: - Nếu bạn dùng cáp PC/PPI để download chương trình thì đánh dấu chon channel 1 - Nếu bạn dùng một trong các chuẩn sau để downdload với màn hình: Ethernet, MPI, Profibus DP, USB thì chọn ở Channel 2 Hình 8 - 17: Màn hình Transfer Setting của TP 277 3. LẮP ĐẶT VÀ NỐI DÂY, NẠP CHƯƠNG TRÌNH VÀ VẬN HÀNH THỬ. Giới thiệu: Thiết kế lập trình, kết nối phần cứng mạch điện điều khiển bóng đèn với yêu cầu sau: - Tạo nút nhấn ON để bật đèn, OFF để tắt đèn trên màn hình HMI TP 277 của Siemens dùng phần mềm WinCC flexible và download xuống HMI. 3.1. Lắp đặt và nối dây cho màn hình cảm biến. Bước 1: Khởi động chương trình SIMATIC Manager và khởi tạo Project mới với cấu hình phần cứng PLC đúng với version thực tế. Bước 2: Để chọn thiết kế HMI từ thanh menu chọn Insert → Station → SIMATIC HMI-Station. Chọn đúng loại màn hình ở Panel nhấp OK Hình 8 - 22: Chọn thiết kế HMI trên SIMATIC Manager Bước 3: Trên SIMATIC Manager chọn thư mục SIMATIC HMI-Station → WinCC flexible RT → Communication → Connection để chọn kết nối với S7 – 300 120 Hình 8 - 23: Chọn kết nối HMI với S7 – 300 Bước 4: Communication → Tag để tạo vùng nhớ của S7-300 mà các đối tượng của HMI sử dụng trong chương trình. Cụ thể tạo vùng nhớ cho nút nhấn ON và OFF. Vùng nhớ của nút ấn sẽ theo địa chỉ Bit nhớ M. Hình 8 - 24: Tạo vùng nhớ cho nút nhấn Bước 5: Chọn Screen_1 ở thư mục Screens để thiết kế màn hình HMI. Dùng công cụ Tools để tạo giao diện cho màn hình. Để lập trình cho nút nhấn ON và OFF trên màn hình chọn Button → Evens → Press để Setbit cho nút nhấn. Evens → Release để Resetbit cho nút nhấn. Hình 8 - 25: Setbit cho nút nhấn OFF 121 3.2. Nạp chương trình và vận hành thử. Bước 1: Kết nối nguồn cấp cho HMI Bước 2: Kết nối truyền thông giữa PC và HMI Bước 3: Download chương trình từ WinCC Flexible xuống màn hình HMI thông qua cáp RS232. Ta chọn Project -> Transfer -> Transfer. Sau đó xuất hiện bảng Select devices for transfer nhấn vào nút Transfer đồng thời nhấn nút Transfer trên màn hình HMI cùng lúc, chương trình sẽ được nạp vào màn hình HMI. 3.3. Sửa chữa mạch điện điều khiển. Chuẩn đoán và xử lý lỗi là một trong những bước vô cùng quan trọng để đảm bảo rằng hệ thống luôn chạy tốt nhất, tránh lỗi xảy ra trong quá trình vận hành, thay thế hay sửa chữa thiết bị phần cơ, điện, phần điều khiển Để làm được những điều đó thì việc lập trình cần tránh xảy ra lỗi, chúng ta sẽ cùng khảo sát và giải quyết những lỗi căn bản để trong những hệ thống tránh xảy ra lỗi về phần mềm, giảm bớt quá trình kiểm soát chương trình sau này. Bảng lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp khắc phục: Lỗi thường gặp Nguyên nhân Biện pháp khắc phục Không transfer được chương trình từ phần mềm WinCC flexible 2008 xuống HMI - Cấu hình sai phần cứng - Chưa kết nối cáp truyền thông từ máy tính đến PLC. - Chọn sai truyền thông - Kiểm tra và cấu hình lại phần cứng cho project - Quan sát và kết nối cáp truyền thông. - Kiểm tra lại truyền thông Không điều khiển được PLC qua màn hình cảm biến HMI - HMI chưa nhận được chương trình điều khiển. - Tốc độ truyền của HMI và PLC không giống nhau - Chưa kết nối cáp truyền thông từ HMI đến PLC - Transfer chương trình từ máy tính vào HMI. - Kiểm tra lại tốc độ truyền của HMI và PLC. - Quan sát và kết nối cáp truyền thông. Mạch hoạt động không đúng yêu cầu - Chương trình sai. - Kết nối sai địa chỉ. - Kết nối sai mạch động lức. - Kiểm tra và sửa lại chương trình - Kiểm tra lại kết nối theo bảng Symbols. - Kiểm tra lại mạch động lực. 122 PHIẾU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH CÔNG VIỆC: MÀN HÌNH CẢM BIẾN 1/B8/MĐ23 Bước công việc Nội dung Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ, trang thiết bị Ghi chú 1 Tìm hiểu yêu cầu bài toán Đúng chế độ làm việc Hình vẽ/ hình ảnh minh họa 2 Xác định tất cả các đầu vào – ra cho hệ thống Đúng, đủ số lượng đầu vào – đầu ra Hình vẽ/ hình ảnh minh họa 3 Xác định cấu trúc phần cứng Lựa chọn đúng thiết bị, đúng thông số kỹ thuật PLC S7 – 300, các I/O vào ra của PLC, nguồn cấp, 4 Khởi động phần mềm SIMATIC Manager Chọn đúng biểu tượng phần mềm Máy tính đã được cài phầm mềm SIMATIC Manager 5 Khai báo biến trong bảng Symbols và lập trình Gắn đúng địa chỉ các biến trong bảng symbol, chọn đúng các khối hàm để viết chương trình. Máy tính đã được cài phầm mềm SIMATIC Manager 6 Khởi động phần mềm WinCC flexible 2008 Chọn đúng biểu tượng phần mềm Máy tính đã được cài phầm mềm WinCC flexible 2008 7 Khai báo biến trong bảng Tags và thiết kế giao diện HMI Gắn đúng địa chỉ các biến trong bảng Tags, chọn đúng công cụ để thiết kế giao diện cho HMI. Máy tính đã được cài phầm mềm WinCC flexible 2008 123 CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1: Trình bày các thành phần và chức năng cơ bản trong phần mềm WinCC flexible 2008? Câu 2: Thiết kế lập trình, kết nối phần cứng mạch điện điều khiển động cơ với yêu cầu sau: Tạo nút nhấn MT để điều khiển động cơ quay theo chiều thuận, MN để điều khiển động cơ quay theo chiều ngược và OFF để dừng động cơ trên màn hình HMI TP 277 của Siemens dùng phần mềm WinCC flexible 2008 download xuống HMI. 124 BÀI 9: KẾT NỐI PLC VỚI MÀN HÌNH CẢM BIẾN 1. KẾT NỐI PLC VỚI MÀN HÌNH CẢM BIẾN Màn hình cảm biến HMI có thể kết nối trực tiếp với S7 – 300 theo hai chuẩn : MPI và Profibus. Việc kết nối truyền thông giữa PLC S7 – 300/400 với HMI/SCADA thông qua MPI không có bất kỳ một phần mềm nào hỗ trợ, không cần phải viết chương trình mà chỉ cần cấu hình thông số truyền thông trên phần mềm lập trình HMI/SCADA. Vì vậy trong lập trình cơ bản thường sử dụng chuẩn MPI. 1.1. Mạng truyền thông MPI Truyền thông MPI (Multipoind Interface) là một giao thức truyền thông đơn giản và kinh tế, được sử dụng khi yêu cầu tốc độ truyền không cao, số lượng dữ liệu truyền không lớn. Truyền thông MPI có thể được sử dụng để trao đổi dữ liệu giữa các PLC S7 – 200/300/400, màn hình HMI và card truyền thông MPI hay Profibus của máy chủ (host computer). Tốc độ truyền nằm trong tầm 19.2 Kbit/s đến 12 Mbit/s và thiết lập mặc định là 187.5 Kbit/s. Tuy nhiên, chỉ khi nào giao tiếp MPI được cấu hình như giao tiếp Profibus thì có thể hỗ trợ lên 12 Mbit/s. Mạng truyền thông MPI trao đổi thông tin với khoảng cách tối đa là 50m, có thể lên tới 32 điểm liên kết. Khoảng cách của mạng có thể mở rộng thông qua Repeater. 1.2. Truyền thông MPI giữa PLC S7 - 300 và màn hình HMI Khi muốn kết nối truyền thông HMI (TP/OP) với PLC thông qua MPI, người dùng chỉ cần cấu hình tham số truyền thông trong mục Connection của phần mềm lập trình HMI – WinCC flexible 2008. Ví dụ muốn kết nối màn hình TP 277 6” với PLC S7 – 300 chỉ cần chọn: Device → Communication → Connections để mở giao diện cấu hình truyền thông với PLC S7. Hình 9 - 1: Cấu hình truyền thông với PLC S7 Chọn Parameters để cấu hình địa chỉ MPI cho CPU muốn kết nối, Slot và những tham số khác. Hình 9 - 2: Cấu hình địa chỉ MPI cho CPU Trên màn hình HMI ta vào Control panel ta chọn S7 transfer setting ta có cửa sổ 125 sau: Hình 9 - 3: S7 – Transfer Settings trên HMI Sau đó chọn vào nút Properties chọn địa chỉ, tốc độ truyền Hình 9 - 4: Properties của MPI trên HMI Đến đây là bạn có thể lập trình từ WinCC Flexible 2008 và download xuống màn hình HMI. 2. VIẾT CHƯƠNG TRÌNH CHO PLC S7-300. Giới thiệu: Thiết kế lập trình, kết nối phần cứng mạch điện điều khiển bóng đèn với yêu cầu sau: - Tạo nút nhấn ON để bật đèn, OFF để tắt đèn trên màn hình HMI TP 277 của Siemens dùng phần mềm WinCC flexible và download xuống HMI. - Viết chương trình Set, Reset bit Q0.0 trên SIMATIC Manager để điều khiển đèn ở PLC S7 – 300 CPU 313C. - Gắn cáp truyền thông giữa S7 – 300 với HMI sau đó bật nguồn 2 thiết bị và cho chạy Bước 1: Khởi động chương trình SIMATIC Manager và khởi tạo Project mới với cấu hình phần cứng PLC đúng với version thực tế. Bước 2: Để chọn thiết kế HMI từ thanh menu chọn Insert → Station → SIMATIC HMI-Station. Chọn đúng loại màn hình ở Panel nhấp OK 126 Hình 9 - 5: Chọn thiết kế HMI trên SIMATIC Manager Bước 3: Trên SIMATIC Manager chọn thư mục SIMATIC HMI-Station → WinCC flexible RT → Communication → Connection để chọn kết nối với S7 – 300 Hình 9 - 6: Chọn kết nối HMI với S7 – 300 Bước 4: Communication → Tag để tạo vùng nhớ của S7-300 mà các đối tượng của HMI sử dụng trong chương trình. Cụ thể tạo vùng nhớ cho nút nhấn ON và OFF. Vùng nhớ của nút ấn sẽ theo địa chỉ Bit nhớ M. Hình 9 - 7: Tạo vùng nhớ cho nút nhấn Bước 5: Chọn Screen_1 ở thư mục Screns để thiết kế màn hình HMI. Dùng công cụ Tools để tạo giao diện cho màn hình. Để lập trình cho nút nhấn ON và OFF trên màn hình chọn Button → Evens → Press để Setbit cho nút nhấn. Evens → Release để Resetbit cho nút nhấn. 127 Hình 9 - 8: Setbit cho nút nhấn OFF Bước 6: Lập trình trên phần mềm cho S7 – 300. Vào SIMATIC Manager → tên Project (begin) → SIMATIC 300 → CPU 313C → S7 program → symbols để tạo bảng Symbols. Hình 9 - 9: Bảng Symbols cho PLC Ở thư mục S7 program → Block → OB1 để lập trình cho PLC Hình 9 - 10: Chương trình điều khiển đèn 128 Bước 7: Chạy mô phỏng kiểm tra chương trình. Chọn biểu tượng Simulation On/Off trên thanh công cụ của SIMATIC Manager. Chọn RUN – P hoặc STOP để dùng chức năng nạp chương trình. Chọn biểu tượng hoặc chọn SIMATIC Manager → PLC → Download để nạp chương trình xuống PLCSIM. Sau đó chọn để quan sát chương trình hoạt động. Chọn biểu tượng Start Runtime System trên thanh công cụ của WinCC flexible để chạy mô phỏng màn hình HMI. Hình 9 - 11: Mô phỏng chương trình điều khiển đèn 3. LẮP ĐẶT VÀ NỐI DÂY CHO PLC S7-300. NẠP CHƯƠNG TRÌNH VÀ VẬN HÀNH THỬ 3.1 Lắp đặt và nối dây cho PLC S7-300. Nạp chương trình và vận hành thử Bước 1: Download chương trình từ WinCC Flexible xuống màn hình HMI thông qua cáp RS232. Ta chọn Project -> Transfer -> Transfer. Sau đó xuất hiện bảng Select devices for transfer nhấn vào nút Transfer đồng thời nhấn nút Transfer trên màn hình HMI cùng lúc, chương trình sẽ được nạp vào màn hình HMI. Bước 2: Download chương trình từ SIMATIC Manager vào PLC S7 – 300. Mở project muốn Download xuống PLC. Cài đặt giao thức kết nối giữa PLC với PC thông qua Set PG/PC Interface: Option → Set PG/PC Interface.Chọn giao thức kết nối tương ứng và kiểm tra xem giao thức có bị lỗi hay không thông qua chức năng Diagnosticvà chọn Test để kiểm tra. Chọn OK để đóng giao diện Set PG/PC Interface và tiến hành download chương trình xuống PLC. Bước 3: Kết nối PLC với màn hình cảm biến thông qua cổng truyền thông MPI. Kết nối PLC theo sơ đồ sau: 129 Hình 9 - 12: Sơ đồ nối dây cho PLC S7 – 300 Bước 4: Vận hành mạch điện. 3.2. Sửa chữa mạch điện điều khiển. Chuẩn đoán và xử lý lỗi là một trong những bước vô cùng quan trọng để đảm bảo rằng hệ thống luôn chạy tốt nhất, tránh lỗi xảy ra trong quá trình vận hành, thay thế hay sửa chữa thiết bị phần cơ, điện, phần điều khiển Để làm được những điều đó thì việc lập trình cần tránh xảy ra lỗi, chúng ta sẽ cùng khảo sát và giải quyết những lỗi căn bản để trong những hệ thống tránh xảy ra lỗi về phần mềm, giảm bớt quá trình kiểm soát chương trình sau này. Bảng lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp khắc phục: Lỗi thường gặp Nguyên nhân Biện pháp khắc phục Không transfer được chương trình từ phần mềm WinCC flexible 2008 xuống HMI - Cấu hình sai phần cứng - Chưa kết nối cáp truyền thông từ máy tính đến PLC. - Chọn sai truyền thông - Kiểm tra và cấu hình lại phần cứng cho project - Quan sát và kết nối cáp truyền thông. - Kiểm tra lại truyền thông Không điều khiển được PLC qua màn hình cảm biến HMI - HMI chưa nhận được chương trình điều khiển. - Tốc độ truyền của HMI và PLC không giống nhau - Chưa kết nối cáp truyền thông từ HMI đến PLC - Transfer chương trình từ máy tính vào HMI. - Kiểm tra lại tốc độ truyền của HMI và PLC. - Quan sát và kết nối cáp truyền thông. Mạch hoạt động không đúng yêu cầu - Chương trình sai. - Kết nối sai địa chỉ. - Kết nối sai mạch động lức. - Kiểm tra và sửa lại chương trình - Kiểm tra lại kết nối theo bảng Symbols. - Kiểm tra lại mạch động lực. 130 PHIẾU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH CÔNG VIỆC: KẾT NỐI PLC VỚI MÀN HÌNH CẢM BIẾN 1/B9/MĐ23 Bước công việc Nội dung Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ, trang thiết bị Ghi chú 1 Tìm hiểu yêu cầu bài toán Đúng chế độ làm việc Hình vẽ/ hình ảnh minh họa 2 Xác định tất cả các đầu vào – ra cho hệ thống Đúng, đủ số lượng đầu vào – đầu ra Hình vẽ/ hình ảnh minh họa 3 Xác định cấu trúc phần cứng Lựa chọn đúng thiết bị, đúng thông số kỹ thuật PLC S7 – 300, các I/O vào ra của PLC, nguồn cấp, 4 Khởi động phần mềm SIMATIC Manager Chọn đúng biểu tượng phần mềm Máy tính đã được cài phầm mềm SIMATIC Manager 5 Khai báo biến trong bảng Symbols và lập trình Gắn đúng địa chỉ các biến trong bảng symbol, chọn đúng các khối hàm để viết chương trình. Máy tính đã được cài phầm mềm SIMATIC Manager 6 Khởi động phần mềm WinCC flexible 2008 Chọn đúng biểu tượng phần mềm Máy tính đã được cài phầm mềm WinCC flexible 2008 7 Khai báo biến trong bảng Tags và thiết kế giao diện HMI Gắn đúng địa chỉ các biến trong bảng Tags, chọn đúng công cụ để thiết kế giao diện cho HMI. Máy tính đã được cài phầm mềm WinCC flexible 2008 8 Kiểm tra mô phỏng chương trình Mạch hoạt động đúng yêu cầu Máy tính đã được cài phầm mềm mô phỏng. 9 Đấu nối, nạp chương trình xuống PLC và Kết nối đúng các I/O theo địa chỉ đã khai báo Máy tính đã được lập trình bài toán - PLC đã được đấu nối. 131 HMI, vận hành thực tế và kiểm tra lỗi Chọn đúng cổng truyền thông - HMI đã được cấp nguồn. 10 Lưu trữ chương trình Lưu trữ đúng chương trình Máy tính đã được cài phầm mềm SIMATIC Manager và WinCC flexible 2008. 132 CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1: Trình bày các thành phần và chức năng cơ bản trong phần mềm WinCC flexible 2008? Câu 2: Thiết kế lập trình, kết nối phần cứng mạch điện điều khiển động cơ với yêu cầu sau: Tạo nút nhấn MT để điều khiển động cơ quay theo chiều thuận, MN để điều khiển động cơ quay theo chiều ngược và OFF để dừng động cơ trên màn hình HMI TP 277 của Siemens dùng phần mềm WinCC flexible 2008 download xuống HMI. - Viết chương trình Set, Reset bit Q0.0 và Q0.1 trên SIMATIC Manager để điều khiển động cơ ở PLC S7 – 300 CPU 313C. - Gắn cáp truyền thông giữa S7 – 300 với HMI sau đó bật nguồn 2 thiết bị và vận hành. 133 XÁC NHẬN KHOA Bài giảng môn học/mô đun “..” đã bám sát các nội dung trong chương trình môn học, mô đun. Đáp ứng đầy đủ các nội dung về kiến thức, kỹ năng, năng lực tự chủ trong chương trình môn học, mô đun. Đồng ý đưa vào làm Bài giảng cho môn học, mô đun.......................................................... thay thế cho giáo trình. Người biên soạn ( Ký, ghi rõ họ tên) Lãnh đạo Khoa ( Ký, ghi rõ họ tên)