XÂY DỰNG HỆ (SCADA),GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ TRONG LÒ VỚI DẢI ĐO: 0 – 1200OC

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA DIỆN

BÁO CÁO
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 3,4 (VXL, VKĐ, SCADA)
ĐỀ TÀI SỐ 1 :XÂY DỰNG HỆ (SCADA),GIÁM SÁ, ĐIỀU
KHIỂN ỔN ĐỊNH VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ TRONG LÒ VỚI
DẢI ĐO: [ 0 – 1200]OC
GVHD: NGUYỄN BÁ KHÁ
NHÓM THỰC HIỆN : NHÓM 9
ĐÀO BÙI CHUNG
NGUYỄN VĂN CHUNG
PHẠM MINH CHUYÊN
TIÊU VĂN DƯƠNG
ĐÀO HUY THẢO

Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2015.


Đề bài 2: Xây dựng hệ (SCADA) giám sát, điều khiển ổn định mức và cảnh báo
mức trong bể với dải đo: [0 ÷ 5]m.

PC

Control Board
STAR
T

Bộ ĐK

STOP
I/O

RUN
LLA

LHA

Biến tần

Bơm
Cảm
biến
Bể
Trong
đó:
PC: Máy tính điều khiển và giám sát
Bộ ĐK: Trạm điều khiển (PLC, VXL…)
Bảng điều khiển tại chỗ.
• Các nút ấn START, STOP: để khởi động và dừng hệ thống,


• Đèn RUN; Báo hệ thống làm việc,
• Đèn TLA: cảnh báo mức thấp,
• Đèn THA: cảnh báo mức cao.
Phần báo cáo:
Chương 1: Cơ sở lý thuyết
1.1 Mục đích
1.2 Phương pháp đo (Tùy theo đề tài là đo đại lượng gì ?)
1.3 Tìm hiểu về đối tượng điều khiển.

1.4 Tìm hiểu về bộ điều khiển (Loại PLC, VĐK… mà mình lựa chọn)
1.5 Tìm hiểu về HMI (WinCC, OPC, Visual Basic, C++…)
Chương 2: Thiết kế thệ thống
2.1 Lựa chọn thiết bị (Các thiết bị, liên quan đến đại lượng đo và cơ cấu chấp
hành
mà đề tài thực hiện)
2.2 Xây dụng sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây
2.3 Xây dựng thuật toán
2.4 Xây dựng phần mềm
2.5 Thiết kế giao diện HMI
Chương 3: Kết quả đề tài
3.1 Kết quả nghiên cứu lý thuyết
3.2 Kết quả thực nghiệm (Chạy mô hình thực nếu có)
Kết luận
Phụ lục

Lời nói đầu


Hiện nay sự tiến bộ khoa học kĩ thuật trên thế giới diễn ra nhanh chóng, với
sự ra đời của hàng loạt những sản phẩm mới ứng dụng những tiến bộ ở những
nước phát triển.Đặc biệt trong những năm gần đây kĩ thuật điều khiển phát triển
mạnh mẽ, cùng những công nghệ điều khiển mới được ra đời để thay thế cho
những công nghệ đã lỗi thời.
Để bắt kịp với tiến bộ khoa học kĩ thuật trên thế giới cũng như đáp ứng yêu
cầu Công nghiệp hóa-Hiện đại hóa đất nước thì ngành công nghiệp Việt Nam
đang thay đổi nhanh chóng, công nghệ và thiết bị hiện đại đang dần dần thay
thế các công nghệ lạc hậu và thiết bị cũ. Các thiết bị công nghệ tiên tiến với hệ
thống điều khiển lập trình PLC, Vi xử lý,điện tử... đang được ứng dụng rộng rãi
trong công nghiệp như các dây truyền sản xuất nước ngọt, chế biến thức ăn gia

xúc, máy điều khiển theo chương trình CNC, các hệ thống đèn giao thông, các
hệ thống báo động. Trong các trường đại học, cao đẳng và các trường trung học
đã và đang đưa các thiết bị hiện đại có khả năng lập trình được vào giảng dạy.
Một trong những loại thiết bị có ứng dụng mạnh mẽ và đảm bảo độ tin cậy cao
là hệ thống điều khiển tự động PLC.
Với đề tài “Giám sát, điều khiển ổn định mức và cảnh báo mức trong bể với
dải đo: [0 ÷ 5]m”. Chúng em đã vận dụng được những ưu điểm của hệ thống
điều khiển này có hiệu quả cao. Điều đặc biệt là ý tưởng này được ứng dụng
trong thực tế rất nhiều.
Sau quá trình học tập rèn luyện và nghiên cứu tại trường chúng em đó tích
luỹ được vốn kiến thức để thực hiện đề tài của mình. Cùng với sự hướng dẫn
tận tình của thầy giáo Nguyễn Bá Khá, cũng như các thầy cô giáo trong khoa
và các bạn sinh viện cùng khóa đến nay chúng em đó hoàn thành đề tài này
đúng thời hạn.
Do thời gian nghiên cứu có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót,
chúng em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ dẫn thêm của các thầy cô cũng như


ý kiến đóng gúp của các bạn sinh viên để đề tài của chúng em hoàn thiện hơn,
đáp ứng đầy đủ những mục tiêu đã đặt ra.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 24 tháng 12 năm 2015

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1:CƠ SỞ LÍ THUYẾT........................................................................7


1.1.Mục đích.....................................................................................................7
1.2. Phương pháp đo chất lỏng.........................................................................7

1.3. Tìm hiểu về PLC........................................................................................9
1.3.1Khái quát chung về PLC S7-300..........................................................9
1.3.1.1. Cấu trúc PLC S7-300.......................................................................9
1.3.1.2. Cách thức PLC thực hiện chương trình.........................................13
1.3.1.3. Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ..................................................14
1.3.1.4. Những khối OB đặc biệt................................................................16
1.3.1.5. Một số tập lệnh cơ bản...................................................................17
1.3.1.6.Module analog................................................................................19
1.3.2.Tìm hiểu về HMI và WINCC................................................................21
1.3.2.1 Tìm hiểu về HMI............................................................................21
1.3.3.2.Tìm hiểu về WINCC.......................................................................23
CHƯƠNG II : THIẾT KẾ HỆ THỐNG.............................................................26
2.1. Lựa chọn thiết bị......................................................................................26
2.1.1. Lựa chọn cảm biến đo mức...............................................................26
2.1.2. Lựa chọn PLC...................................................................................27
2.1.3. Lựa chọn biến tần..............................................................................30
2.1.4. Lựa chọn động cơ bơm nước............................................................32
2.2. Xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây........................................................32
2.2.1. Xây dựng sơ đồ khối.........................................................................32
2.2.2. Xây dựng lưu đồ thuật toán..............................................................32
2.3. Xây dựng phần mềm................................................................................36
2.4. Thiết kế giao diện HMI............................................................................41
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ ĐỀ TÀI.....................................................................45
3.1. Kết quả nghiên cứu lí thuyết:...................................................................45
3.2. Kết quả thực nghiệm................................................................................45


CHƯƠNG 1:CƠ SỞ LÍ THUYẾT
1.1.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.
1.2. Phương pháp đo 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 1.1 giới thiệu một số cảm biến độ dẫn đo mức
thông dụng.

Hình 1.1: 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 1.1a 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 1.1b chỉ sử dụng một điện cực, điện cực thứ hai là
bình chứa bằng kim loại.
Sơ đồ cảm biến hình 1.1c 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).
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
1.3. Tìm hiểu về PLC
1.3.1Khái quát chung về PLC S7-300
1.3.1.1. 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.

Hình 1.2: 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 1.3).
• 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).

Hình 1.3. Cấu trúc một thanh Rack của PLC S7-300
Module CPU

Hình 1.4. 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 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 15: 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.


+ 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.
1.3.1.2. 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.

Chuyển dữ liệu từ

cổng vào tới I

Truyền thông và
kiểm tra nội bộ

VÒNG
Chuyển dữ liệu từ Q
tới cổng ra

QUÉT

Thực hiện chương
trình

Hình 1.6 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
1.3.1.3. 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
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 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

1.3.1.4. 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)
- 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
1.3.1.5. 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 - 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
• 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


1.3.1.6.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.
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).


Module analog
Thiết bị cảm biến

Tín hiệu vào
không điện

Đầu đo

Thiết bị
chuyển
đổi

Tín hiệu ra tương tự

0 – 10V
Analog Input
4-20 mA

( A/D)
Các con số
Analog Output

0 – 10 V
4 – 20 mA

( D/A)
Các con số

Hình 1.7. 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)

Hình 1.8. Hình ảnh module analog SM334


Hình 1.9. 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

1.3.2.Tìm hiểu về HMI và WINCC
1.3.2.1 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
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 1.10. HMI điều khiển trực tiếp 1 bộ điều khiển thông qua
PROFIBUS

Hình 1.11HMI điều khiển nhiều bộ điều khiển thông PROFIBUS


Hình 1.2HMI kết nối với máy chủ thông qua đường truyền
LAN(TCP/IP)
1.3.3.2.Tìm 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
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


- 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