SCADA – SCHNEIDER MODICON M340 HMI STU855 ATV312

SCADA – SCHNEIDER
MODICON M340 - HMI STU855 - ATV312

( VIJEO CITECT )

1


MỤC LỤC

2


NỘI DUNG
I.
+
+
+

Mục tiêu cần đạt:
Sinh viên có khả năng lập trình cho PLC các dòng của Schneider
Sinh viên thiết kế được giao diện giao tiếp người máy HMI
Sinh viên tạo được một hệ SCADA sử dụng phần mềm Vijeo Citect để quản lý

II.
+
+
+

Kiến thức cơ bản:

Trước khi học cần nắm vững các kiến thức cơ bản:
Có kiến thức cơ bản về lập trình PLC ( điều khiển logic có thể lập trình).
Sử dụng được máy tính chạy trên hệ Windown cơ bản.
Có hiểu biết cơ bản về truyền thông

III.

Nội dung:

3


Lời Mở Đầu
Hiện nay vai trò của công nghệ Tự Động Hóa trong nền kinh tế quốc dân và sự
nghiệp phát triển của xã hội là cực kỳ to lớn. Tự động hóa mang lại nhiều tiện ích
trong muôn màu muôn vẻ của cuộc sống văn minh hiện đại. Chính vì thế Đảng và Nhà
nước ta đã xác định tự động hóa là một trong bốn hướng công nghệ cao cần ưu tiên
phát triển. [1]
Cùng với sự phát triển của công nghiệp hóa hiện đại hóa song song bên cạnh
đó Tự Động Hóa cũng phát triển không kém, trước đây SCADA còn là một khái niệm
xa lạ thì nay SCADA trở nên phổ biến không còn xa lạ trong các nhà máy, xí nghiệp
hay môi trường đào tạo. Vậy SCADA là gì?
SCADA là tên viết tắt của Supervisory Control And Data Acquisition, nghĩa là
điều khiển giám sát và thu thập số liệu sản xuất.
Khi nói về SCADA ta sẽ nói đến các thiết bị thu thập dữ liệu từ môi trường xung
quanh ( Sensor ), những dữ liệu thu thập được sẽ chuyển đến các PLC ( bộ điều khiển ) đến
đây dữ liệu được xữ lý thông qua các phương thức truyền thông đến PC ( Computer) xem và
điều khiển thông qua máy tính, các HMI (human machine interface) hiện thị các trạng thái ,số
liệu hay biểu đồ, đến các Inverter để vận hành các thiết bị hay trực tiếp điều khiển các thiết
bị. Ngoài ra các hệ SCADA có thể liên kết lại với nhau tạo thành một hệ thống lớn, SCADA

được giám sát trên PC (computer) bởi các phần mềm quản lý như Wincc( Simens), Citect
( Schneider) ….
Càng phát triển PLC được hỗ trợ truyền thông cao được nâng cấp lên thành RTU, khi
còn ở cấp PLC thì SCADA đã có thể truyền thông trực tiếp qua mạng không dây Internet
nhưng với tốc độ chưa được cao và ổn định, thì khi lên thành RTU hệ thống truyền thông
được hỗ trợ mạnh mẽ hơn như về tốc độ, khả năng xữ lý v,v…

Hình a: Hệ thống SCADA đơn giản ( PC-PLC/DCS-Sensor truyền thông dây bus). [2]

4


Hình b: Hệ thống SCADA truyền thông wifi.

5


Phần I: MODICON M340 – PLC SCHNEIDER
I. Giới Thiệu:
1.1. Tổng quan

PLC Bộ điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable controller) đã được
những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968 (Công ty General Motor-Mỹ). [3]
Tuy nhiên hệ thống còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều
khó khăn trong việc vận hành và lập trình hệ thống. Vì vậy các nhà thiết kế từng bước
cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành. Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ
thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable controller Handle) đầu tiên được ra
đời vào năm 1969. Điều này đã tạo ra sự phát triển thật sự cho kỹ thuật lập trình.
Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay
thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ. Qua quá trình vận hành,

các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, đó là tiêu
chuẩn: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang. [3]
Được ứng dụng rộng rãi trong mọi ngành công nghiệp và nhất là trong công
nghiệp chế tạo ô tô, nơi cần thay đổi chương trình điều khiển thường xuyên theo mỗi
loại ô tô. PLC có độ tin cậy cao và hiện nay đã trở thành loại hàng hóa thông dụng.[1]
PLC là bộ não của hầu hết các máy móc trong nhà máy vì vậy việc nắm bắt và
làm chủ việc vận hành hoạt động của PLC sẽ giúp ích cho chúng ta về mặt chế tạo,
sửa chữa nâng cấp và quản lý các thiết bị máy móc.
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều hảng sản xuất PLC như Siemens, Ormon,
Misubishi, Alenbratlay, Schneider… song song đó nhiều dòng nhiều loại PLC cũng lần
lượt ra đời theo sự vận động phát triển của tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa
PLC Logo, S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200 (Simens) , Alpha, Fx, FxO, FxON
(Misubishi), PLC Modicon M221, M238, M241, M251, M340, Premium, PLC Twio
(Schneider)…
Vì lẽ đó nên kiến thức về PLC – ngôn ngữ lập trình PLC là trang bị cần thiết
mà một kỹ sư không thể thiếu để có thể xữ lý nhanh chóng các vấn đề liên quan đến
nhà máy, thiết bị. Song song bên cạnh đó là quản lý và giám sát quá trình hoạt động
của PLC cũng là một kiến thức quan trọng mà một người kỹ sư tự động hóa cần phải
có và cần phải biết.

6


1.2 Modicon M340 – PLC Schneider
1.2.1. PLC SChneider

Schneider Electric được thành lập năm 1836, đến nay là công ty toàn cầu về
quản lý năng lượng và tận dụng tối ưu năng lượng.
Schneider cho ra đời nhiều dòng PLC phục vụ cho quản lý năng lượng và tự
động hóa thân thiện với môi trường , một số dòng PLC Schneider Modicon M221,

M238, M241, M251, M340, Premium, PLC Twio và gần đây nhất là Modicon M580.
1997 Modicon đã trở thành thương hiệu chủ chốt thứ tư của Schneider. PLC,
bán dưới Modicon, Square D và tên thương hiệu Telemecanique, là một trong những
doanh nghiệp chiến lược của Schneider, với doanh thu hàng năm của FF 3,2 tỷ và
2.500 nhân viên. Các thiết bị được sản xuất tại 7 nhà máy đặt tại Hoa Kỳ, Đức và
Pháp. Các doanh nghiệp đứng thứ ba trong thị trường toàn cầu, và thứ hai ở châu Âu
và Bắc Mỹ.
1998 Schneider Automation mở rộng dòng sản phẩm của mình ở cả phần cứng
và phần mềm, với Micro và Premium PLC nền tảng, bộ điều khiển Momentum cho
các I / O và máy Transparent. Các giải pháp tích hợp cho điều khiển chuyển động đã
được thêm vào máy Transparent với the Modicon/Telemecanique Lexium và Num
Axium.
2000 Sáng tạo của Tự động hóa web cho việc giám sát từ xa của các quá trình
sản xuất tự động. Các giải pháp tích hợp bộ điều khiển logic lập trình và các thành
phần khác trong một kiến trúc mở sử dụng các giao thức Ethernet và Internet để kết
nối với Web.[5]
1.2.2. Modicon M340

PLC Modicon M340 là một loại PLC tầm trung của hãng Schneider. M340
được trang bị thẻ nhớ cũng như các cổng tuyền thông để giao tiếp, thu thập dữ liệu,
giám sát và điều khiển các hệ thống trong công nghiệp. Nguồn cung cấp có thể là
24VDC hay từ 100VAC đến 240VAC. Công suất tiêu thụ từ 16,8W đến 36W và được
chia thành PLC bản tiêu chuẩn( BMX P34 1000 ) và bản có tốc độ sử lý cao( BMX
P34 2010, 2020, 2030). [4]
Lập trình điều khiển cho PLC Modicon M340 là phần mềm lập trình Unity Pro
XL với đa dạng loại ngôn ngữ lập trình nhưng ngôn ngữ luôn không thể thiếu là ngôn
ngữ Ladder.
Cấu hình phần cứng tổng quan của M340 gồm module nguồn, module CPU và
nhiều module mở rộng, trong đó có 2 module không thế thiếu là module nguồn và
module CPU.

7


II. Phần Cứng:
2.1 Module nguồn ( Power supply module AC/DC):

PLC M340 có thể được sử dụng với nhiều module nguồn khác nhau. Một số loại
module nguồn cơ bản được trình bày trong bảng sau:
BMX CPS
BMX CPS
BMX CPS
BMX CPS
Loại
2000
3500
2010
3020
Công suất
Nguồn điện
Bảo vệ

20W

36W

16W

31W

115VAC115VAC24VDC
24VDC
230VAC
230VAC
Có bảo vệ quá Có bảo vệ quá Có bảo vệ quá Có bảo vệ quá
tải, quá áp, tải, quá áp, tải, quá áp, tải, quá áp,
ngắn mạch
ngắn mạch
ngắn mạch
ngắn mạch

Dòng điện tối
đa

0.45 Amps

0.9 Amps

0.9 Amps

0.9 Amps

Output

24VDC

24VDC

24VDC

24VDC

Bảng 1: Thông số modules nguồn supply

Hình I.1: Power Supply AC/DC

8


2.2 Bộ điều khiển trung tâm M340-BMX

Module này có chức năng xử lý mọi tác vụ điều khiển và chuyền thông cho PLC.
Nó được trang bị cổng USB, khe cắm thẻ nhớ, cổng com và một cổng giao tiếp
Ethernet. Tùy vào loại module mà số lượng cổng có thể nhiều hoặc ít. Đối với dòng
module BMX P34 1000, dòng này được trang bị 20 cổng nối tiếp, 2Mb bộ nhớ ứng
dụng và 128Kb bộ nhớ thông tin người lập trình, Còn đối với các dòng BMX P34
2010-2020-2030 thì những dòng này có 4Mb bộ nhớ ứng dụng và 256Kb bộ nhớ
thông tin người lập trình. Các thông tin chi tiết được trình bày trong bảng 3.
Loại PLC

BMX P34 1000

BMX P34 2010

BMX P34 2020

BMX P34 2030

Hổ trợ

_Cổng USB

_Cổng USB

_Cổng USB

_Cổng USB

_Thẻ nhớ

_Thẻ nhớ

_Thẻ nhớ

_Thẻ nhớ

_Serial

_Serial

_Serial

_CANopen

_CANopen

_Ethernet

_Ethernet

Vùng nhớ ngõ vào/ra

512

1024

Analog vào/ra

128

256

Đếm và Kết nối Port

20

36

Bộ nhớ ứng dụng

2 Mb

4 Mb

Dữ liệu sữ dụng

128Kb

256Kb

Bảng 2: Module điều khiển trung tâm BMX ( CPU ).

Trên module Processor của Modicon M340 cũng như nhiều loại PLC có tích
hợp thêm đèn báo các trạng thái hoạt động của PLC, chẳng hạng như đang chạy, lỗi
chương trình, trạng thái các cổng kết nối.

Hình I.2 Giao diện thực tế module Processor.
Ngoài cách kết nối bằng cổng USB ở lần đầu nạp chương trình cho PLC. Ta còn có thể sử
dụng dạng cổng RJ45 hoặc DB9 để kết nối với máy tính những lần tiếp theo, chiều dài dây
nối là khoảng 3m.
9


Hình I.3 Phương thức giao tiếp với máy tính trên PLC Modicon M340.

10


2.3 Các modules tín hiệu
Để tiện cho việc sử dụng số lượng ngõ vào ra hãng Schneider đã tách rời các cổng vào
ra thành các modules rời gồm 2 bộ modules chính là Digital và Analog cùng với một số
modules hỗ trợ.
2.3.1

Bộ tín hiệu số (Digital modules)
Theo tính toán các thiết bị thực tế mà ta lựa chọn các digital modules cho phù hợp các
thông số của modules được mô tả trong hình sau: ( hình 13)

Hình I.4: Modules digital
Ví dụ: Ở các section ta có 2 bộ digital modules gồm

DDI 1602 : Digital modules 16 ngõ vào trạng thái tiêu cực ( không thường trực ) 24V DC
DRA 0805 : Digital modules 8 ngõ ra trạng thái tiêu cực 100…240V AC

11


2.3.2
Bộ tín hiệu tương tự (Analog modules )
Theo tính toán các thiết bị thực tế mà ta lựa chọn các analog modules cho phù hợp các thông
số của thiết bị gồm một số modules sau:
Hình I.5: Analog modules

Hình I.6: Analog modules (tt)

12


2.3.3

Các Modules hỗ trợ:

Có rất nhiều module hỗ trợ ở đây tôi xin giới thiệu về module đọc xung tốc độ cao, thông số
ở hình sau: (Hình 1.6)

Hình I.7: Bộ đọc tín hiệu xung tốc độ cao

13


2.4 Lắp đặt:

Các thiết bị được lấp đặt trên Racks tiện cho việc di chuyển và kết nối các modules mỗi
racks từ 4-12 modules ta có một số Racks sau:

Hình I.8: Racks kết nối

14


III. Phần mềm lập trình – Unity Pro XL
3.1. Giới thiệu

PLC M340 và các dòng PLC Schneider được lập trình trên phần mềm lập trình
Unity Pro XL và Somachine, nhưng với đa dạng ngôn ngữ lập trình khác nhau tiện
việc sữ dụng và lập trình thì Unity Pro XL là lựa chọn hàng đầu cho việc lập trình
PLC Schneider.
Ngoài ra Unity Pro XL còn có thể lập trình cho nhiều loại PLC khác của hang
Schneider.
• Yêu cầu cấu hình máy tối thiểu:
Chíp Pentium 4 – 2GHz hoặc cao hơn , Ram 1G hoặc cao hơn , HDD tối thiểu 2G ,
HĐH :Win XP profeshional , Win Vista, Win 764bit
3.2. Download

Link download được cung cấp bởi Schneider Electric trên trang mạng
www.schneider electric.com
3.3. Cài đặt

Sau khi tải phần mềm, ta nhấp Setup để bắt đầu cài đặt phần mềm
*Bước 1: ta nhấn Next > Next > Next ( chọn I accept ….)
*Bước 2 : đặt tên và quốc tịch
*Bước 3 :

Part Number :
UNYSPUEFFCD70
Serial Number: 12345678999
Sau đó chọn Next >
*Bước 4 : Chọn ổ đĩa > Next > Next (chọn installation … ) > Next > Install ( chờ
đợi ) > Finish
( Activation Code: 277196962 – Education )

IV. Thiết lập thông số.
4.1. Khởi động chương trình:
Để khởi động chương trình ta có các cách sau :
ta có thể nhấp đúp vào icon Unity Pro XL trên desktop
Hoặc Start > All Programs > Schneider Electric >
Unity Pro > Unity Pro XL.

SoCollaborative

>

15


4.2. Mở project và khởi tạo project mới
Sau khi khởi động phần mềm giao diện lập trình xuất hiện để mở một project mới ta
chọn File/Open/đường dẫn chứa file STU/STA.

Hình I.9: Khởi tạo và mở project
Để tạo project mới ta chọn File/New sau đó thiết lập các thông số cho project mới
tạo

16


4.3 Thiết lập các thông số cho Project.
4.3.1. Thiết lập bộ điều khiển và module hỗ trợ
Đầu tiên ta chọn bộ điều khiển và Rack

Hình I.10: Thiết lập CPU
VD: ta chọn theo hình là Bộ điều khiển sử dụng là BMX P34 20302 đặt trên racks 6 khe.
Tiếp theo ta thiết lập các module hỗ trợ, ta nhấp dúp vào PLC bus ở trong hộp thoại
Project Brower/Project/Configuration/PLC bus

Hình I.11.a: Thiết lập các modules tín hiệu

17


Hình I.11.b: Thiết lập các modules tín hiệu (hoàn tất)
Thiết lập các module trên phần mềm tương ứng với thực tế thì khi load chương trình
mới có thể sử dụng vì lý do sai địa chỉ module thiết lập.
Hình I.12: Mô hình thực tế tương ứng thiết lập

18


Thiết lập các module giao tiếp, ta nhấp dúp vào CanOpen ở trong hộp thoại Project
Brower/Project/Configuration/CanOpen ( chọn giao thức truyền thong qua CanOpen), sau đó
ta nhấp vào drop để khởi tạo kết nối/chọn module điều khiển
VD: thiết lập điều khiển 3 biến tần ATV31 thông qua CanOpen

Hình I.13.a: Thiết lập giao tiếp CANopen
Sau khi chọn hộp thoại sẽ xuất hiện tương tự như sau:

Hình I.13.a: Thiết lập giao tiếp CANopen (tiếp theo)

19


Ta thiết lập tốc độ truyền truyền dữ liệu, số bit và word nội, chu kỳ thời gian gửi
thông tin cấu hình CANopen đến các biến tần
Hình I.14: Thiết lập tốc độ truyền qua cổng CANopen

Để ghi, tác động hay hiển thị thông số ta vào: Project/Configuration/CanOpen/ CanOpen
drop/ATV… ( device )/ I/O Objects chọn biến cần hiển thị / Update grid
• Lưu ý: Ý nghĩa các địa chỉ tác động input/output nằm mục chanel

Hình I.15: Kiểm tra địa chỉ giao tiếp các thanh ghi

20


4.3.2. Thiết lập địa chỉ giao tiếp
Thiết lập địa chỉ giao tiếp cho bộ điều khiển, ta nhấp chuột phải vào NetWorks ở
trong hộp thoại Project Brower/Project/Commucation/Networks.

Hình I.16.a: Thiết lập địa chỉ giao tiếp Ethernet của PLC
Chọn phương thức giao tiếp và đặt tên NetWorks

Hình I.16.a: Thiết lập địa chỉ giao tiếp Ethernet của PLC (tt)

21


Chọn Model Family ( Dòng PLC ), Thiết lập địa chỉ giao tiếp, địa chỉ này sử dụng cho việc
truyền thông tin qua lại giữa các module hay giao tiếp và quản lý SCADA
Hình I.16.b: Thiết lập địa chỉ giao tiếp Ethernet của PLC(tt)
Bước cuối cùng ta gán địa chỉ vào module điều khiển PLC vào Project
BrowerProject/Configuration/PLCbus/BMXP3420302( Dòng PLC ) / Ethernet ( PTTT) sau
đó lưu lại.
** Lưu ý: Nạp dữ liệu lần đầu xuống PLC ta dùng cổng USB, khi nạp bằng USB địa chỉ PLC
sẽ bị thay đổi theo địa chỉ thiết lập ở trên.
Hình I.16.c: Thiết lập địa chỉ giao tiếp Ethernet của PLC (tt)

22


4.3.3. Gán biến:
Nhầm tiện cho việc lập trình thường gán biến thành các tên đơn giản giống với chức
năng hay dễ nhớ.
Để gán biến ta vào Projech/ Variables & FB instances thiết lập thông số cho biến

Hình I.18: Gán tên biến cho các địa chỉ

23


V. Lập trình:
5.1. Tạo Section Lập Trình:
Tạo một Section mới hoặc vào Section đã tạo, ta vào:
BrowerProject/Program/Tasks/MAST/Section/Click_Right/New Section

Hình I.19: Tạo section mới
Đặt tên và chọn ngôn ngữ lập trình

Hình I.20: Đặt tên và chọn ngôn ngữ lập trình section

24


5.2. Lập Trình
Vùng lập trình theo ngôn ngữ LD

Hình I.21 : Giao diện lập trình Ladder
Thanh công cụ lập trình

5.2.1. Các lệnh công tắc (ngõ vào)
: Công tắc thường hở, ở trạng thái bình thường công tắc hở (ngắt) không cho dòng
điện đi qua, khi tác động công tắc này nối tiếp ( đóng ) cho dòng điện đi qua ( dẫn điện).
: Công tắc thường đóng, ở trạng thái bình thường công tắc nối tiếp ( đóng ) cho
dòng điện đi qua ( dẫn điện), khi tác động công tắc hở (ngắt) không cho dòng điện đi qua.
:Công tắc xét cạnh lên (hoạt động) khi có tác động công tắc này sẽ sét lên và giữ
trạng thái lên
: Công tắc xét cạnh xuống ( ngưng hoạt động) khi có tác động công tắc này sẽ sét
xuống và giữ trạng thái xuống

25