Hệ thống điều khiển giám sát

Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
*********
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu
ĐỀ TÀI: Xây dựng hệ thống gồm máy tính điều khiển giám sát, trạm
điều khiển cục và hệ thống bơm nước
Sinh viên thực hiện NHÓM 5
1 Lê Anh Tuấn MSV 0874040089
2 Nguyễn Văn Thắng MSV 0874040096
3 Cao Văn Vinh MSV 0874040085
4 Nguyễn Văn Tuấn MSV 0874040087
5 Đoàn Thanh Hướng MSV 0874040086
6 Đinh Ngọc Vấn MSV 0874040092
7 Trần Văn Phương MSV 0874104348

Lớp : CĐ-ĐH Điện 2_K8
Giáo viên hướng dẫn : Phạm Văn Hùng
Hà Nội, Năm 2014
SV Nhóm 5 Trang 1
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
Bộ Công Thương
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
PHIẾU GIAO BTL HTTDL&DK
Số : …03……
Sinh viên : Nhóm 5 Lớp : CĐ-ĐH Điện 2 – K8

Khoá : K8 Khoa : Công nghệ Kỹ thuật Điện
NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Xây dựng hệ thống gồm máy tính điều khiển giám sát, trạm điều khiển cục và
hệ thống bơm nước
SV Nhóm 5 Trang 2
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
Yêu cầu:
1- Tìm hiểu tổng quan về hệ thống .
2- Tính toán thiết kế chi tiết
3- Viết giao diện kết nối PLC và Wincc ( Mở rộng)
BỘ MÔN ĐL&ĐK GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Nguyễn Bá Kha Th.s: Phạm Văn Hùng
SV Nhóm 5 Trang 3
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
SV Nhóm 5 Trang 4
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
……………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
Mục đích
Nguồn nước rất quan trọng đối với sự sống và mọi hoạt động của con người,
nguồn nước ở 1 số nơi trên thế giới rất là khan hiếm và tình trạng ô nhiễm
nguồn nước ngày càng gia tăng.Trước thực trạng ấy chúng ta cần phải có giải
pháp để khai thác và sử dụng nguồn nước sạch 1 cách hiệu quả và tiết kiệm.
Muốn làm được điều này,chúng ta phải đưa hệ thống điều khiển vào bể chứa để
điều khiển mức nước trong bể dùng PLC,qua đó duy trì mức nước trong bể ở
trong giới hạn mức cho phép. Khi đó nước sẽ được bơm và sử dụng một cách
hợp lý.
I - Tìm hiểu về PLC
1.1 Khái quát chung về PLC S7-300

PLC là viết tắt của tiếng Anh: Programmable Logic Controller là một bộ
điều khiển logic lập trình được. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong
thực tế. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu
vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngôn ngữ lập trình
của PLC có thể là Ladder hay State Logic. Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC
như Siemens, Allen-Bradley,MitsubishiElectric, General
Electric, Omron, Honeywell
1.2 Cấu trúc PLC S7-300
PLC là thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control) là loại
thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một
ngôn ngữ lập trình. PLC là một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và
đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh ( với PLC khác hoặc với
máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC dưới
dạng các khối chương trình ( Khối OB, FC hoặc FB) và được thực hiện theo chu
kỳ vòng quét.
SV Nhóm 5 Trang 5
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
Hình 1.8 Nguyên lí chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình (PLC)
Để có thể thực hiện được một chươg trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có
tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành,
bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển và tất nhiên phải có cổng vào/ ra để giao
tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung
quanh. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC cần phải có thêm
các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Timer)và
những khối hàm chuyên dụng (hình 1.8).
• Các module của PLC S7-300
Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các
đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển
PLC được thiết kế không được cứng hoá về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành
các module. Số các module được chia nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, song tối

thiểu phải có một module chính là module CPU. Các module còn lại là các
module nhận/truyền tín hiệu với tín hiệu điều khiển, các module chức năng
chuyên dụng như các module PID, điều khiển động cơ Chúng được gọi chung là
modul mở rộng. Tất cả các module được gá trên những thanh ray (Rack).
SV Nhóm 5 Trang 6
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
Hình 1.9. Cấu trúc một thanh Rack của PLC S7-300
Module CPU
Hình 1.10. Hình ảnh module CPU 312C
Modul CPU là modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời
gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS 485) và có thể còn có một vài cổng vào/ra
số. Các cổng vào/ra số có trên modul CPU được gọi là cổng vào/ra onboard.
Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau. Nói chung chúng được
đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như modul 312, modul 314, modul 315
Những modul cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng
vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện
của hệ điều hành phục vụ cho việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được
phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ cái IFM (Intergrated
Function Module). Ví dụ modul 312 IFM, modul 314 IFM
Ngoài ra còn có các loại modul CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng
truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Tất
nhiên kèm theo cổng truyền thông thứ hai này là những phần mềm tiện dụng thích
hợp cũng đã được cài sẵn trong hệ điều hành. Các loại CPU được phân biệt với
SV Nhóm 5 Trang 7
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
những modul CPU khác bằng thêm cụm từ DP (Distributed Port) trong tên gọi. Ví
dụ modul 315-DP, 315-2DP
Module mở rộng
Module mở rộng được chia thành 5 loại chính :
Hình 1.11 Hình ảnh thực tế các module mở rộng của PLC S7-300

- Module nguồn – PS ( Power supply)
Có chức năng cung cấp nguồn cho các module của hệ Simatic S7_300. Module
nguồn có 3 loại : 2A, 5A, 10A
*PS 307 2A dòng ra 2A
Điện áp ra: 24VDC, chống ngắn mạch
Nối với hệ thống AC một pha (điện áp vào 120/230 VAC tần số 50/60 Hz)
*PS 307 5A dòng ra 5A
Điện áp ra: 24VDC, chống ngắn mạch
Nối với hệ thống AC một pha (điện áp vào 120/230 VAC tần số 50/60 Hz)
*PS 307 10A dòng ra 10A
Điện áp ra: 24VDC, chống ngắn mạch
Nối với hệ thống AC một pha (điện áp vào 120/230 VAC tần số 50/60 Hz)
- Module tín hiệu SM (Signal module)
+ SM (Signal modul): modul mở rộng cổng tín hiện vào/ra bao gồm:
+ DI (digital input): modul mở rộng các cổng vào số. Số các cổng vào số mở
rộng có thể là 8, 16, hoặc 32 tuỳ theo từng loại module.
+ DO (digital output): modul mở rộng các cổng ra số. Số các cổng ra số mở
rộng có thể là 8, 16, hoặc 32 tuỳ theo từng loại modul
+ DI/DO (digital input/digital output): modul mở rộng các cổng vào/ra số. Số
các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8vào/8ra, 16vào/16 ra theo từng loại
modul.
SV Nhóm 5 Trang 8
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
+ AI (analog input): Modul mở rộng các cổng vào tương tự. Về bản chất
chúng chính là các bộ chuyển đổi tương tự số12 bit (AD), tức là mỗi tín hiệu
tương tự được chuyển thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 bit. Số các
cổng vào tương tự có thể là 2,4 hoặc 8 tuỳ từng loại modul.
+ AO (analog output): Modul mở rộng các cổng ra tương tự. Về bản chất
chúng chính là các bộ chuyển đổi số tương tự (DA). Số các cổng ra tương tự
có thể là 2 hoặc 4 tuỳ từng loại modul.

+ AI/AO (analog input/analog output): Modul mở rộng các cổng
vào/ra tương tự. Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4vào/4
ra tuỳ từng loại modul.
- Module ghép nối IM (Interface module)
Modul ghép nối. đây là loại modul chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm
các modul mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản ly chung bởi modul
CPU. Thông thường các modul mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh đỡ
gọi là rack. Trên mỗi một rack chỉ có thể gá được nhiều nhất 8 modul mở rộng
(không kể modul CPU, modul nguồn nuôi. Một modul CPU S7-300 có thể làm
việc trực tiếp được với nhiều nhất 4 Racks và các Racks này phải được nối với
nhau bằng modul IM
- Module chức năng FM ( Function module)
Modul có chức năng điều khiển riêng, ví dụ như module điều khiển động cơ
bước, modul điều khiển động cơ servo, modul PID, modul điều khiển vòng kín.
- Module truyền thông CP ( Communication module)
Phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với
máy tính.
1.3 Cách thức PLC thực hiện chương trình
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp, mỗi vòng lặp được gọi là vòng
quét (scan), mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng
vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình.Trong
từng vòng quét chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của
khối OB1 (Block End). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển
các nội dung của bộ đếm ảo Q tới các cổng ra số, vòng quét được kết thúc bằng
giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm soát lỗi.
SV Nhóm 5 Trang 9
Chuyển dữ liệu từ
cổng vào tới I
Truyền thông và
kiểm tra nội bộ

Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
Hình 1.12 vòng quét chương trình
Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian
vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định tức là không phải vòng
quét nào cũng thực hiện trong khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét thực hiện
lâu có vòng quét thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được
thực hiện, vào khối dữ liệu được truyền thông trong vòng quét đó.
Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gửi tín
hiệu điều khiển tới các đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian
vòng quét. Nói cách khác thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của
chương trình điều khiển trong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn thì tính thời
gian thực của chương trình càng cao
1.4 Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ
• Kiểu dữ liệu
Một chương trình ứng dụng S7 – 300 có thể sử dụng các kiểu dữ liệu sau:
- BOOL: Với dung lượng 1 bit và có giá trị là 0 hoặc 1 ( đúng hoặc sai ).
Đây là kiểu dữ liệu cho biến hai trị.
- BYTE: Gồm 8 bits, thường được dùng để biểu diễn một số nguyên dương
trong khoảng từ 0 đến 255 hoặc mã ASCII của một ký tự.
- WORD: Gồm 2 bytes để biểu diễn 1 số nguyên dương từ 0 đến 65535.
- INT: Cũng có dung lượng là 2 bytes, dùng để biểu diễn số nguyên trong
khoảng – 32768 đến 32767.
- DINT: gồm 4 bytes, dùng để biểu diễn một số nguyên từ – 2147483648
đến 2147483647.
- REAL: gồm 4 byte dùng để biểu diễn một số thực dấu phẩy động.
- S5T (hay S5TIME): khoảng thời gian, được tính theo giờ/phút/giây/mini
giây.
- TOD: Biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây.
- DATE: Biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày.
- CHAR: Biểu diễn một hoặc nhiều ký tự (nhiều nhất là 4 ký tự)

• Cấu trúc bộ nhớ của CPU
SV Nhóm 5 Trang 10
VÒNG
QUÉT
Chuyển dữ liệu từ Q
tới cổng ra
Thực hiện chương
trình
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
Bộ nhớ của S7–300 được chia làm 3 vùng chính:
- Vùng chứa chương trình ứng dụng
Vùng nhớ chương trình được chia thành 3 miền:
+ OB (Organisation Block ): Miền chứa chương trình tổ chức.
+ FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biến
hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó.
+ FB (Function Block): Miền chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm
và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác. Các
dữ liệu này phải được xây dựng thành khối dữ liệu riêng (gọi là DB – Data
Block).
- Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được chia
thành 7 vùng khác nhau bao gồm :
+ I ( Process image input): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số. Trước khi
bắt đầu thực hiện chương trình PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu
vào và cất giữ chúng tại vùng nhớ I, thông thường chương trình ứng dụng
không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng
vào từ bộ đệm I.
+. Q ( Process image output): Miền bộ nhớ đệm các dữ liệu cổng ra số. Kết
thúc giai đoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm
Q tới các cổng ra số. Thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới
cổng ra mà chỉ chuyển chúng vào bộ nhớ đệm Q.

+ M ( Miền các biến cờ ): Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để
lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy cập nó theo bit(M) byte(MB), từ
(MW) hay từ kép (MD).
+ T : Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer ) bao gồm việc lưu trữ giá trị
thời gian đặt trước ( PV - Preset value ) ,giá trị đếm thời gian tức thời ( CV -
Current value ) cũng như giá trị logic đầu ra của bộ thời gian.
+ C : Miền nhớ phục vụ bộ đếm ( Counter ) bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt
trước ( PV - Preset value ),giá trị đếm tức thời (CV - current value ) và giá trị
logic đầu ra của bộ đếm.
+ PI: Miền địa chỉ cổng vào các module tương tự (I/O: external input ).Các
giá trị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ được module đọc và
chuyển tự động theo những địa chỉ. Chương trình ứng dụng có thể truy cập
miền nhớ PI theo từng byte (PIB), từng từ (PIW) hoặc từng kép (PID).
+ PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module tương tự (I/O - external output).
Các giá trị theo những địa chỉ này sẽ được module tương tự chuyển tới các cổng
SV Nhóm 5 Trang 11
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
ra tương tự. Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PQ theo từng byte
(PQB), từng từ kép (PQD).
- Vùng chứa các khối dữ liệu, được chia thành 2 loại:
+DB (Data block). Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối, kích
thước cũng như số lượng, khối do người sử dụng qui định và phù hợp với từng
bài toán điều khiển. Chương trình có thể truy cập miền này theo từng bit
(DBX), byte (DBB), từ (DBW), từ kép (DBD).
+L ( Local data block ): Đây là miền dữ liệu địa phương được các khối
chương trình OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao
đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình đã gọi nó. Nội dung
của một số dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình
tương ứng trong OB, FC. FB.
Miền nhớ này có thể truy nhập từ chương trình theo bit (L), byte (LB), từ

kép LD
1.5 Những khối OB đặc biệt
- OB10 (Time of Day Interrupt): Chương trình trong khối OB10 sẽ được thực
hiện khi giá trị thời gian của đồng hồ thời gian thực nằm trong một khoảng thời
gian đã được quy định. Việc quy định khoảng thời gian hay số lần gọi OB10
được thực hiện nhờ chương trình hệ thống SFC28 hay trong bảng tham số của
module CPU nhờ phần mềm STEP 7
- OB20 (Time Relay Interrupt): Chương trình trong khối OB20 sẽ được thực
hiện sau một khoảng thời gian trễ đặt trước kể từ khi gọi chương trình hệ thống
SFC32 để đặt thời gian trễ
- OB35 (Cyclic Interrupt): Chương trình trong khối OB35 sẽ được thực hiện
cách đều nhau một khoảng thời gian cố định. Mặc định, khoảng thời gian này là
100ms, nhưng ta có thể thay đổi nhờ STEP 7
- OB40 (Hardware Interrupt): Chương trình trong khối OB40 sẽ được thực
hiện khi xuất hiện một tín hiệu báo ngắt từ ngoại vi đưa vào CPU thông qua các
cổng onbroad đặc biệt, hoặc thông qua các module SM, CP, FM
- OB80 (Cycle Time Fault): Chương trình trong khối OB80 sẽ được thực hiện
khi thời gian vòng quét (scan time) vượt quá khoảng thời gian cực đại đã quy
định hoặc khi có một tín hiệu ngắt gọi một khối OB nào đó mà khối OB này
chưa kết thuc ở lần gọi trước. Thời gian quét mặc định là 150ms
- OB81 (Power Supply Fault): Chương trình trong khối OB81 sẽ được thực
hiện khi thấy có xuất hiện lỗi về bộ nguồn nuôi
- OB82 (Diagnostic Interrupt): Chương trình trong khối OB82 sẽ được thực
hiện có sự cố từ các module mở rộng vào/ra. Các module này phải là các
module có khả năng tự kiểm tra mình (diagnostic cabilities)
SV Nhóm 5 Trang 12
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
- OB87 (Communication Fault): Chương trình trong khối OB87 sẽ được thực
hiện có xuất hiện lỗi trong truyền thông
- OB100 (Start Up Information): Chương trình trong khối OB100 sẽ được

thực hiện một lần khi CPU chuyển từ trạng thái STOP sang RUN
- OB121 (Synchronous Error): Chương trình trong khối OB121 sẽ được thực
hiện khi CPU phát hiện thấy lỗi logic trong chương trhhh đổi sai kiuu dữ liệu
hay lỗi truy nhập khối DB, FC, FB không có trong bộ nhớ
1.6 Một số tập lệnh cơ bản
• Một số lệnh logic tiếp điểm
- Lệnh gán
Cú pháp = <toán hạng>
Toán hạng là địa chỉ bit I,Q,M,L,D
- Lệnh thực hiện phép tính ^
Cú pháp A <toán hạng>
Toán hạng là dữ liệu kiểu BOLL hoặc địa chỉ bit I,Q,M,L,D,T,C
Ví dụ : thực hiện Q0.4=I0.3^I0.4
Network 1
A I0.3 // đọc nội dung của I0.3 vào RLO
A I0.4 //kết hợp với nội dung cổng I0.4
= Q0.4
- Lệnh phát sườn lên
Cú pháp FP <toán hạng>
Toán hạng là địa chỉ bit I,Q,M,L,D
- Lệnh phát hiện sườn xuống
Cú pháp FN <toán hạng>
• Nhóm lệnh so sánh số thực 32bit
- Lệnh so sánh bằng nhau giữa 2 số thực 32bit
Cú pháp ==R
Lệnh thực hiện so sánh 2 số thự 32bit trong 2 thanh ghi ACCU1 và ACCU2.
Nếu số thực trong ACCU1 = ACCU2 thì trạng thái RLO sẽ nhận giá trị
1,ngược lại nhận giá trị 0.
- Lệnh so sánh không bằng nhau giữa 2 số thực 32bits
Cú pháp <>R

- Lệnh so sánh lớn hơn 2 số thực 32bits
Cú pháp >R
- Lệnh so sánh nhỏ hơn hai số thực 32 bít
Cú pháp <R
- Lệnh so sánh lớn hơn hoặc bằng 2 số thực 32 bit
Cú PHáp >=R
- Lện so sánh nhỏ hơn hoặc bằng 2 số thực 32 bit
Cú pháp <=R
SV Nhóm 5 Trang 13
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
• Một số lệnh chuyển đổi dữ liệu
- Lệnh chuyển đổi BCD thành số nguyên 32 bit
Cú pháp BTD
Lệnh không có toán hạng và thực hiện việc chuyển đổi số BCD có 7 chữ số
nằm trong 28 bit đầu của ACCU1 thành số nguyên 32 bit. Kết quả được cất
giừ vào ACCU1
- Lệnh chuyển đổi số nguyên 32 bit thành số thực
Cú pháp DTR
Lệnh thực hiện chuyển đổi một số nguyên 32 bit trong ACCU1 thành số
thực 32 bit dấu phảy động. kết quả được cất lại vào ACCU1.
Ví dụ : đổi số nguyên 16 bit (-3278 ÷ 3277) đọc từ cổng tương tự PIW304
thành một số thực có giá trị bằng mức điện áp tại cổng (-10÷10V) và cất vào
ô nhớ MD0
L PIW304 //số đọc được là số nguyên 16 bit
ITD //chuyển đổi thành số nguyên 32 bit
DTR //chuyển thành số thực
L 3276.7
/R //tính ra giá trị điện áp tại cổng
T MD0
1.7 Module analog

Module analog là một công cụ để xử lý các tín hiệu tương tự thông qua việc xử
lý các tín hiệu số
Analog input: Thực chất nó là một bộ biến đổi tương tự - số (A/D). Nó chuyển
tín hiệu tương tự ở đầu vào thành các con số ở đầu ra. Dùng để kết nối các thiết bị
đo với bộ điều khiển: chẳng hạn như đo nhiệt độ.
Analog output : Analog output cũng là một phần của module analog. Thực
chất nó là một bộ biến đổi số - tương tự (D/A). Nó chuyển tín hiệu số ở đầu vào
thành tín hiệu tương tự ở đầu ra. Dùng để điều khiển các thiết bị với dải đo tương
tự. Chẳng hạn như điều khiển Van mở với góc từ 0-100%, hay điều khiển tốc độ
biến tần 0-50Hz.
Thông thường đầu vào của các module analog là các tín hiệu điện áp hoặc dòng
điện. Trong khi đó các tín hiệu tương tự cần xử lý lại thường là các tín hiệu không
điện như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu lượng, khối lượng . . . Vì vậy người ta cần
phải có một thiết bị trung gian để chuyển các tín hiệu này về tín hiệu điện áp hoặc
tín hiệu dòng điện – thiết bị này được gọi là các đầu đo hay cảm biến.
SV Nhóm 5 Trang 14
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
Để tiện dụng và đơn giản các tín hiệu vào của module Analog Input và tín hiệu
ra của module Analog Output tuân theo chuẩn tín hiệu của công nghiệp.Có 2 loại
chuẩn phổ biến là chuẩn điện áp và chuẩn dòng điện.
- Điện áp : 0 – 10V, 0-5V,
±
5V…
- Dòng điện : 4 – 20 mA, 0-20mA,
±
10mA.
Trong khi đó tín hiệu từ các cảm biến đưa ra lại không đúng theo chuẩn . Vì vậy
người ta cần phải dùng thêm một thiết chuyển đổi để đưa chúng về chuẩn công
nghiệp.
Kết hợp các đầu cảm biến và các thiết bị chuyển đổi này thành một bộ cảm biến

hoàn chỉnh , thường gọi tắt là thiết bị cảm biến, hay đúng hơn là thiết đo và
chuyểnđổi đo ( bộ transducer).
Hình 1.13. quá trình chuyển đổi ADC (analog to digital conveter)
SM 334 là 1 module tương tự gồm có 4AI và 2AO 12bit có tích hợp bộ chuyển
đổi ADC ( analog to digital converter)
SV Nhóm 5 Trang 15
Analog Input
( A/D)
Các con số
Analog Output
( D/A)
Các con số
Đầu đo
Thiết bị
chuyển
đổi
Thiết bị cảm biến
Module analog
Tín hiệu vào
không điện
0 – 10V
4-20 mA
Tín hiệu ra tương tự
0 – 10 V
4 – 20 mA
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
Hình 1.14. Hình ảnh module analog SM334
Hình 1.15. Sơ đồ khối của Module analog SM334
- Kết nối chân M(ana) (chân 15 hoặc 18) với chân mát M của CPU sử dụng
dây có tiết diện tối thiểu 1mm

- Nếu 2 chân này không được nối với nhau thì module sẽ tắt. ngõ vào lúc này
có giá trị 7HHH. Ngõ ra có giá trị bằng 0. Nếu để module hoạt động không
được nối mát trong 1 thời gian có thể dẫn tới hư hỏng
- Chiều dài tối đa của cáp là 200m
II - Tìm hiểu về HMI và WINCC
2.1 Tìm hiểu về HMI
HMI là từ viết tắt của Human-Machine-Interface, có nghĩa là thiết bị giao tiếp
giữa người điều hành thiết kế với máy móc thiết bị.
Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao tiếp” 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,…
Các ưu điểm của HMI
SV Nhóm 5 Trang 16
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
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 sản 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.
- Một số hệ thống HMI
Hình 2.1. HMI điều khiển trực tiếp 1 bộ điều khiển thông qua PROFIBUS
Hình 2.2 HMI điều khiển nhiều bộ điều khiển thông PROFIBUS
SV Nhóm 5 Trang 17
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
Hình 2.3 HMI kết nối với máy chủ thông qua đường truyền
LAN(TCP/IP)
2.2Tìm hiểu về WINCC
WinCC (Window Control Center) là phần mềm tạo dựng hệ SCADA và HMI

rất mạnh của hãng SIEMENS hiện đang được dùng phổ biến trên thế giới và Việt
Nam. WinCC hiện có mặt trong rất nhiều lĩnh vực như sản xuất xi măng, giấy,
théo, dầu khí,…
WinCC là một hệ thống điều khiển trung lập có tính công nghiệp và có tính kỹ
thuật, hệ thống màn hình hiển thị đồ họa và điều khiển nhiệm vụ trong sản xuất và
tự động hóa quá trình. Hệ thống này đưa ra những module chức năng tích hợp công
nghiệp cho hiển thị đồ họa, những thông báo, những lưu trữ và những báo cáo. Nó
là một trình điều khiển mạnh, nhanh chóng cập nhật các ảnh và những chức năng
lưu trữ an toàn, bảo đảm một tính lợi ích cao đem lại cho người vận hành một giao
diện trực quan dễ sử dụng, có khả năng giám sát và điều khiển quá trình công nghệ
theo chế độ thời gian thực.
Ngoài những chức năng hệ thống, WinCC đưa ra những giao diện mở cho các
giải pháp của người dùng. Những giao diện này làm cho nó có thể tích hợp trong
những giải pháp tự động hóa phức tạp, các giải pháp cho công ty mở. Sự truy nhập
tới cơ sở dữ liệu tích hợp bởi những giao diện chuẩn ODBC và SQL, sự lồng ghép
những đối tượng và những tài liệu được tích hợp bởi OLE2.0 và OLE Custom
Controls (OCX). Những cơ chế này làm cho WinCC là một đối tác dễ hiểu, dễ
truyền tải trong môi trường Windows
SV Nhóm 5 Trang 18
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
Để xây dựng được giao diện HMI bằng phần mềm WinCC thì cấu hình phần
cứng phải bao gồm thiết bị PLC S7-xxx và cấu hình phần cứng tối thiểu của máy
tính cho việc sử dụng phần mềm WinCC và các thiết bị khác phục vụ cho việc
truyền thông.
• Các thành phần cơ bản của WinCC
- Communications Drivers : là các driver giúp WinCC có thể thực hiện giao
tiếp với các thiết bị theo các tiêu chuẩn khác nhau, ví dụ như theo chuẩn
mạng profibus, chuẩn mạng modbus…
- Graphics Designer : là công cụ giúp người dùng tạo các giao diện tương
thích với hệ thống thực tế, từ đó người dùng có thể thực hiện các thao tác

điều khiển các thiết bị của hệ thống đó .
- Tag Logging : là công cụ thực hiện việc lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi,
chuẩn bị để hiển thị và lưu trữ các dữ liệu . Từ những dữ liệu trên giúp thiết
lập các thông báo, các bảng, biểu hoàn chỉnh về giá trị của quá trình .
- Alarm Logging : đây là công cụ giúp cung cấp các thông tin về các lỗi phát
sinh và trạng thái hoạt động toàn diện của hệ thống . Từ công cụ Alarm
Logging nó giúp người dùng sớm nhận ra các tình trạng nguy cấp của hệ
thống từ đó tránh và giảm thiểu rủi ro, nâng cao chất lượng cho hệ thống .
• Nguyên tắc hoạt động của WinCC
Một chương trình của chúng ta sẽ được tạo ra bởi các công cụ soạn thảo
( bao gồm các chương trình Graphic System, Alarm Logging, Archive
System…) . Các thông số trong chương trình của ta sẽ được lưu trong vùng
nhớ dữ liệu CS (Configuration database) .
- Khi runtime, thì phần mềm Runtime sẽ đọc các thông tin từ vùng dữ liệu CS
và Project được khởi động . Các giá trị của các biến quá trình sẽ được lưu
vào vùng dữ liệu RT (Runtime database) . Các biến thực tế này sẽ được đưa
đến màn hình giao diện ( tạo bởi Graphics Designer ), đến hệ thống lưu trữ
• Quy trình tạo một project trên WinCC
- Tạo một dự án “project” WinCC mới
Có 3 lựa chọn cho dự án
Single-User Project : Dự án thực hiện trên máy đơn
Multi-User Project
Multi-Client Project
SV Nhóm 5 Trang 19
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
- Chọn PLC hoặc Drivers từ Tag Management .
Mục đích : để thiết lập kết nối truyền thông giữa WinCC với các thiết bị
(chủ yếu là PLC ) bằng một mạng liên kết chúng với nhau trong việc trao đổi
dữ liệu . Mỗi một driver có định dạng *.chn . Ví dụ : để liên kết WinCC với S7-
300 ta có thể chọn driver “ SIMATIC S7 Protocol Suite.chn ”, để liên kết

WinCC với S7-200 thông qua mạng Modbus ta có thể chọn driver “Modbus
Serial.chn ”…
Sau khi ta chọn Driver, thì mỗi một Driver sẽ xuất hiện các loại cổng kết nối
riêng của nó . Trong WinCC thì mỗi cổng được gọi là một channel . Các cổng
này thông thường chỉ định cổng COM của máy tính .
Để thêm một kết nối Driver mới, ta chỉ cần nhấp phải chuột vào các cổng kết
nối >> chọn New Driver Connection .
- Tạo các biến ( Tag )
Để tạo kết nối các thiết bị của một dự án trong WinCC., trước tiên phải tạo
các Tags trên WinCC. Tags được tạo dưới Tags Management. Gồm có Tags nội
và Tags ngoại.
Tags Internal (tags nội) : là Tag có sẵn trong WinCC. Những Tags nội này là
những vùng nhớ trong WinCC, nó có chức năng như một PLC thực sự.
Tags External (Tags ngoại) : Là Tag quá trình, nó phản ánh 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 nối
với PLC thông qua các Tags.
- Tạo hình ảnh từ cửa sổ giao diện Graphic Designer
Ta phải tạo một màn hình giao diện cho quá trình điều khiển và giám sát .
Các tạo một màn hình mới : Right click >> Graphics Designer >> New
Picture
SV Nhóm 5 Trang 20
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
CHƯƠNG II : THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.1 Lựa chọn thiết bị
2.1.1. Lựa chọn cảm biến áp suất
 Phương pháp đo áp suất
Phương pháp đo áp suất phụ thuộc vào dạng áp suất
1. Đo áp suất tĩnh
- Đo trực tiếp chất lưu thong qua 1 lỗ khoan trên thành bình

- Đo gián tiếp thong qua biến dạng của thành bình dưới tác động của áp suất
2. Đo áp suất động
- Dựa theo nguyên tức chung là đo hiệu suất tổng và áp suất tĩnh
- Có thể đo bằng cách đặt áp suất tổng lên màng trước, đặt áp suất tĩnh lên
màng sau của màng đo, tín hiệu đưa ra là đọ chênh lệch giữa áp suất tổng và
áp suất tĩnh
- Áp suất có đơn vị đo là pascal (Pa)
- Trong công nghiệp còn dùng đơn vị đo là bar (1bar= 10^5 Pa)
Công thức xác định
dF: lực tác dụng
dS: diện tích thành ống chị lực tác dụng
 Phương pháp đo mức chất lỏng
Có hai dạng đo: Đo liên tục và xác định theo ngưỡng.
Khi đo liên tục biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu còn lại
trong bình chứa. Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa ra tín hiệu dạng nhị phân
cho biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngưỡng có đạt hay không.
Có ba phương pháp hay dùng trong kỹ thuật đo và phát hiện mức chất lưu:
- Phương pháp thuỷ tĩnh dùng biến đổi điện.
- Phương pháp điện dựa trên tính chất điện của chất lưu.
- Phương pháp bức xạ dựa trên sự tương tác giữa bức xạ và chất lưu.
 Một số loại cảm biến đo mức chất lưu
* Cảm biến độ dẫn
Các cảm biến loại này dùng để đo mức các chất lưu có tính dẫn điện (độ dẫn điện ~
50μScm
-1
). Trên hình giới thiệu một số cảm biến độ dẫn đo mức thông dụng.
SV Nhóm 5 Trang 21
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
Cảm biến độ dẫn
a) Cảm biến hai điện cực

b) Cảm biến một điện cực
c) Cảm biến phát hiện mức
Sơ đồ cảm biến hình 20.22a gồm hai điện cực hình trụ nhúng trong chất lỏng dẫn
điện. Trong chế độ đo liên tục, các điện cực được nối với nguồn nuôi xoay chiều ~
10V (để tránh hiện tượng phân cực của các điện cực). Dòng điện chạy qua các điện
cực có biên độ tỉ lệ với chiều dài của phần điện cực nhúng chìm trong chất lỏng.
Sơ đồ cảm biến hình 20.22b chỉ sử dụng một điện cực, điện cực thứ hai là bình
chứa bằng kim loại.
Sơ đồ cảm biến hình 20.22c dùng để phát hiện ngưỡng, gồm hai điện cực ngắn đặt
theo phương ngang, điện cực còn lại nối với thành bình kim loại,vị trí mỗi điện cực
ngắn ứng với một mức ngưỡng. Khi mức chất lỏng đạt tới điện cực, dòng điện
trong mạch thay đổi mạnh về biên độ.
* Cảm biến tụ điện
Khi chất lỏng là chất cách điện, có thể tạo tụ điện bằng hai điện cực hình trụ nhúng
trong chất lỏng hoặc một điện cực kết hợp với điện cực thứ hai là thành bình chứa
nếu thành bình làm bằng kim loại. Chất điện môi giữa hai điện cực chính là chất
lỏng ở phần điện cực bị ngập và không khí ở phần không có chất lỏng. Việc đo
mức chất lưu được chuyển thành đo điện dung của tụ điện, điện dung này thay đổi
theo mức chất lỏng trong bình chứa. Điều kiện để áp dụng phương pháp này hằng
số điện môi của chất lỏng phải lớn hơn đáng kể hằng số điện môi của không khí
(thường là gấp đôi).
SV Nhóm 5 Trang 22
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
Trong trường hợp chất lưu là chất dẫn điện, để tạo tụ điện người ta dùng một điện
cực kim loại bên ngoài có phủ cách điện, lớp phủ đóng vai trò chất điện môi còn
chất lưu đóng vai trò điện cực thứ hai.
 Cảm biến áp suất Danfoss MBS3000
Được áp dụng trong hầu hết các lĩnh vực, điều kiện làm việc khác nhau trong
công nghiệp, dải đo có thể từ 0-600 bar. Trong nhà máy bia, cảm biến áp suất
MBS3000 được sử dụng rộng rãi như lắp đặt trên đường ống để đo áp suất hệ

thống cấp nước nấu bia (hệ thống nước nóng 80 độ; hệ thống nước lạnh 2 độ và
nước thường 26 độ), hệ thống xử lý nước (áp suất nước giếng cấp; áp suất vào lọc
cát AGF; áp suất sau lọc cát AGF), hệ thống xử lý nước thải,
Lựa chọn cảm biến MBS3000-20-2-1-1AB04 của hãng Danfoss
Hình 2.1 Cảm biến áp suất của hãng Danfoss
Thông số cơ bản của cảm biến MBS3000-20-2-1-1AB04
- Dải đo 0 – 10 Bar
- Tín hiệu ngõ ra 4-20mA
- Nguồn cung cấp 9 – 32 VDC
- Dòng điện cực đại 34 mA
- Nhiệt độ hoạt động -40 ÷ 85 °C
2.1.2 Lựa chọn cảm biến đo mức
Chọn cảm biến siêu âm E4PA-LS600-M1-N của hãng Omron
SV Nhóm 5 Trang 23
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
Hình 2.2. Cảm biến siêu âm Omron E4PA-LS600-M1-N
Các thông số cơ bản của cảm biến siêu âm E4PA-LS600-M1-N
- Nguồn cấp 12-24VDC ±10%
- Ngõ ra analog 4-20mA.
- Khoảng cách đo 400 – 6000mm.
- Tần số sóng siêu âm hoạt động 65-380KHz.
- Góc phát sóng hẹp ± , kiểm tra được các vật có diện tích nhỏ
100×100mm.
- Đèn báo chỉ thị trạng thái ngõ ra màu xanh.
- Nhiệt độ hoạt động -10~55°C, đạt độ kín IEC IP65.
- Lắp đặt dơn giản , dễ dàng bảo trì, thiết kế với tuổi thọ cao.
Cảm biến siêu âm hoạt động bằng cách phát đi 1 xung tín hiệu và đo thời
gian nhận được tín hiệu trở vể. Sau khi đo được tín hiệu trở về trên cảm biến
siêu âm, ta tính được thời gian từ lúc phát đến lúc nhận được tín hiệu. Từ thời
gian này có thể tính ra được khoảng cách.

Nếu đo được chính xác thời gian và không có nhiễu, mạch cảm biến siêu âm
trả về kết quả cực kì chính xác. Điều này phụ thuộc vào cách viết chương trình
không sử dụng các hàm delay.
Lưu ý: sóng siêu âm chỉ bị dội lại khi gặp 1 số loại vật cản, nếu phát sóng
siêu âm vào chăn, nệm bạn sẽ không nhận được sóng phản hồi.
2.1.3 Lựa chọn PLC
• Lựa chọn Module nguồn cho PLC S7-300
Chọn loại nguồn PS 307 -2A, mã 6ES7307-1BA00-0AA0
SV Nhóm 5 Trang 24
Trường ĐHCN Hà Nội GVHD : Th.s Phạm Văn Hùng
Hình 2.3. Module nguồn PS 307-2A của Siemens
- Nguồn cấp đầu vào 120/230 VAC
- Đầu ra 24 VDC
- 2A
• Lựa chọn Module CPU cho PLC S7-300
Chọn loại CPU S7-300 312C
Hình 2.4. Module CPU 312C
Các thông số của CPU 312C
- S7-300, CPU 312C
- 6ES7312-5BE03-0AB0
- Số đầu vào tích hợp sẵn: 10 DI DC
SV Nhóm 5 Trang 25