bài tập lớn hệ thu thập dữ liệu: hệ thống truyền liệu kết hợp với băng tải , wincc với PLC s7- 300

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
—

KHOA ĐIỆN —

BÀI TẬP LỚN
HỆ THU THẬP DỮ LIỆU ĐIỀU
KHIỂN VÀ TRUYỀN SỐ LIỆU
ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN
PHỐI LIỆU
Giáo viên hướng dẫn

: Ngyễn Thu Hà

Nhóm thực hiện đề tài

:

Lớp

:

Hà Nội - 2017


Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ HỆ THỐNG

PHÂN PHỐI LIỆU
- Giáo Viên Bộ Môn:


Cô: Nguyễn Thị Thu Hà

- Nhóm 2: Lớp Điện 4 – K9 gồm:
 Nguyễn Công A
 Nguyễn Công B
 Nguyễn Công C

Nhận xét của giáo viên bộ môn.
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

Mục Lục
2

Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu


Trang
Lời nói đầu................................................................................... 3

Lời Nói Đầu
  
Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật
tiên tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện
đại hơn.
Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với
các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những
yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày
càng cao hơn.
Tự động hóa đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Tự động
hóa đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác
nhau cho đến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày.
Một trong những sản phẩm tiên tiến của nó là PLC. Ứng dụng rất quan trọng
của ngành công nghệ tự động hóa là việc điều khiển, giá sát các hệ thống với
những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật
cao .
Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng em xin phép được thiết kế một
mạch ứng dụng của PLC, điều khiển hệ thống phân phối liệu.
Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo
trong khoa điện, cùng các bạn trong lớp Điện 4-K9 đặc biệt là giảng viên
3

Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

Nguyễn Thu Hà - giảng viên khoa điện trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
người đã trực tiếp giảng dạy và cho em kiến thức để hoàn thành đồ án môn
học này. Mong cô góp ý để em hoàn thành bài tập lớn này được tốt hơn sau
này.
Em xin chân thành cảm ơn !

Chương I : Cơ sở lý thuyết
1.1

Phân tích công nghệ




Với đề tài số 2 được đưa ra “ điều khiển hệ thống phân phối liệu “ cho
thấy hệ thống toàn bộ được điều khiển tự động với phần mềm giúp cho
hệ thống sẽ tự động làm việc mà không cần phải sử dụng bằng tay. Do
vậy ta thêm cảm biến S4 dùng để phát hiện oto, xem oto đã vào đúng vị
trí chưa (vị trí của cảm biến S3).
Với mô hình hệ thống phân phối liệu được đưa ra trong đề tài ta có thể
thấy khi nhấn nút START thì hệ thống bắt đầu khởi động.

 Giả sử 1: Ban đầu Silo chưa có nguyên liệu, cảm biến báo cạn nguyên
liệu S1 tác động làm van V2 mở, nguyên liệu được đổ vào Silo.

- Sau khi nguyên liệu được đổ đầy Silo, cảm biến báo đầy nguyên liệu
S2 tác động làm đóng van V2 ngừng cung cấp nguyên liệu cho Silo.
Đồng thời mở van V1 và khởi động băng tải BT1 BT2 để chuyển
nguyên liệu đến oto, nếu oto đang ở đúng vị trí S4 và cảm biến S3
chưa tác động.
- Khi oto được đổ đầy nguyên liệu, cảm biến cân nặng S3 (5 tấn) tác
động làm đóng van V1 và dừng băng tải BT1 Bt2, ngừng chuyển
nguyên liệu cho oto.
- Oto di chuyển ra khỏi vị trí S4, cảm biến S3 S4 không bị tác động
nữa, chuẩn bị cho quá trình tiếp theo.
 Giả sử 2: Ban đầu Silo đầy nguyên liệu, cảm biến báo cạn S1 và cảm
biến báo đầy S2 không bị tác động.
- Oto đi đến vị trí S4, cảm biến S4 tác động làm mở van V1 và khởi
động băng tải BT1 BT2 để chuyển nguyên liệu đến oto.
4


Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

- Khi oto được đổ đầy nguyên liệu, cảm biến cân nặng S3 (5 tấn) tác
động làm đóng van V1 và dừng băng tải BT1 Bt2, ngừng chuyển
nguyên liệu cho oto.
- Oto di chuyển ra khỏi vị trí S4, cảm biến S3 S4 không bị tác động
nữa, chuẩn bị cho quá trình tiếp theo.
 Ấn nút STOP để dừng hệ thống.

1.2

Tìm hiểu về PLC S7-300
1.2.1

Khái quát về PLC S7-300

PLC S7 – 300: Loại trung bình, thích hợp cho những ứng dụng vừa phải.
Định nghĩa: Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic
controller) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển
số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thực hiện thuật toán đó
bằng mạch số.
Ưu điểm:
- Nhỏ gọn.
- Dễ thay đổi thuật toán.
- Dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với PLC
khác hoặc với máy tính).
Các bộ phận chính của PLC:
- Bộ xử lí trung tâm (CPU)
- Hệ điều hành.
- Bộ nhớ chương trình.
- Các cổng vào ra …

5


Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

Hình 1.1: Nguyên lí chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình
(PLC).



Cấu trúc bộ nhớ của CPU. Bộ nhớ của S7 – 300 được chia làm 3 vùng



chính:
Vùng chứa chương trình ứng dụng: được chia làm 3 miền:

- OB (Organization 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, có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình
nào khác.
 Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng.
- I (Process image input): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số.
- Q (Process image output): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số.
- 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 nhập nó theo bit (M),
byte (MB), bit (M), byte (MB), từ (MW) hay (MW) hay từ kép (MD).
- T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) (Timer) bao gồm việc lưu
giữ giá trị thời gian đặt trước (PV: Preset value), (PV: Preset value),
giá trị đếm thời gian tức thời (CV: Current value) (CV: Current value).

6


Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

- C: Miền nhớ phục vụ bộ đếm (Counter), (Counter), bao gồm việc lưu
giữ giá trị đặt trước, giá trị đếm tức thời, giá trị logic đầu ra của bộ
đếm.
- PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự.
- PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module tương tự.
 Vùng chứa các khối dữ liệu. Được chia thành 2 loại:
- DB (Data block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối.
Kính thước và số lượng khối do người sử dụng quy định, phù hợp với
từng bài toán điều khiển.
- L (Local data block): Miền dữ liệu địa phương, được các khối chương
trình OB, FC, FB OB, FC, FB tổ chức, 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
xóa khi kết thúc chương trình tương ứng trong OB, FC, FB.

1.2.2

Các modul mở rộng

Được chia thành 5 loại chính sau:
- Nguồn nuôi (PS: Power Supply): Cung cấp nguồn cho CPU và các
module khác.
- SM (Signal Module): Module tín hiệu vào ra, bao gồm:
+ DI: Digital Input
+ DO: Digital Output
+ DI/DO: Digital In/Output
+ AI: Analog Input

+ AO: Analog Output
+ AI/AO: Analog In/Output
- IM (Interface Module): Module ghép nối.
- FM (Function Module): Module điều khiển riêng: điều khiển Servo,
…
- CP (Communication Module): Module truyền thông.

Hình 2.1: Hình ảnh thực tế các module mở rộng của PLC S7-300.
7


Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

Tuỳ theo quá trình tự động hoá đòi hỏi số lượng đầu vào và đầu ra ta
phải lắp thêm bao nhiêu module mở rộng cũng như loại module cho phù hợp.
Tối đa có thể gá thêm 32 module vào ra trên 4 panen (rãnh), trên mỗi panen
ngoài module nguồn, CPU và module ghép nối còn gá được 8 các module về
bên phải. Thường Step 7-300 sử dụng các module sau:
- Module nguồn PS (3 loại: 2A, 3A, 5A)
- Module ghép nối IM (Intefare Module): Hệ thu thập dữ liệu
và truyền số liệu.
- Module tín hiệu SM (Signal Module):
+ Vào số: 8 kênh, 16 kênh, 32 kênh.
+ Ra số: 8 kênh, 16 kênh, 32 kênh.
+ Vào, ra số: 8 kênh vào 8 kênh ra, 16 kênh vào 16 kênh ra.
+ Vào tương tự: 2 kênh, 4 kênh, 8 kênh.
+ Ra tương tự: 2 kênh, 4 kênh, 8 kênh.
+ Vào, ra tương tự: 2 kênh vào 2 kênh ra, 4 kênh vào 4 kênh ra.

- Module hàm FM (Function Module).
+ Đếm tốc độ cao.
+ Truyền thông CP 340, CP340-1, CP341.
- Module điều khiển CP (Control Module):
+ Module điều khiển PID.
+ Module điều khiển Fuzzy.
+ Module điều khiển rô bot.
+ Module điều khiển động cơ bước.
Trong PLC có những bộ phận được gán địa chỉ đơn như bộ thời gian (T),
bộ đếm (C)... chỉ cần một chữ cái đó kèm theo một số là đủ, ví dụ: T1, C32...
Các địa chỉ đầu vào và đầu ra cùng với các module chức năng có cách gán địa
chỉ giống nhau. Địa chỉ phụ thuộc vào vị trí gá của module trên Panen. Chỗ gá
module trên panen gọi là khe (Slot), các khe đều có đánh số, khe số 1 là khe
đầu tiên của và cứ thế tiếp tục.
Khi gá module số vào, ra lên một khe nào lập tức nó được mạng địa chỉ
byte của khe đó, mỗi khe có 4 byte địa chỉ.
Trên mỗi module thì mỗi đầu vào, ra là một kênh, các kênh đều có địa
chỉ bit là 0 đến 7.
Địa chỉ của mỗi đầu vào, ra là số ghép của địa chỉ byte và địa chỉ kênh,
địa chỉ byte đứng trước, địa chỉ kênh đứng sau, giữa hai số có dấu chấm. Khi
module gá trên khe thì địa chỉ được tính từ byte đầu của khe, các đầu vào và
ra của một khe có cùng địa chỉ.
Địa chỉ khe và kênh trên module số.
Ví dụ: Module 2 đầu vào, 2 đầu ra số gá vào khe số 5 rãnh 0 có địa chỉ là
I4.0, I4.1 và Q4.0, Q4.1.
Module số có thể được gá trên bất kỳ khe nào trên panen của PLC.

8

Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

Địa chỉ vào ra trên module tương tự Trong PLC S7-300 người ta dùng 16
bit (một word) cho một kênh. Một khe có 8 kênh với địa chỉ đầu tiên là
PIW256 hoặc PQW256 (byte 256 và 257) cho đến PIW766 hoặc PQW766.
Module tương tự có thể được gá vào bất kỳ khe nào trên panen của PLC,
các khe trống bao giờ cũng có trạng thái tín hiệu “0”.
Ví dụ: Một module tương tự 2 vào, 1 ra gá vào khe số 6 rãnh 0 có địa chỉ
là PIW288, PIW290, PQW288.

1.3 Tìm
1.3.1

hiểu về HMI (Wincc của simen)
Giới thiệu phần mềm Wincc.

Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây
dựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục vụ
việc xử lý và lưu trữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control
And Data Aquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa.
WinCC là chữ viết tắt của Windows Control Center (Trung tâm điều khiển
chạy trên nền Windows), nói cách khác, nó cung cấp các công cụ phần mềm để
thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft
như Windows NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1). Trong dòng
các sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC
thuộc thứ hạng SCADA (SCADA class) với những chức năng hữu hiệu cho
việc điều khiển.
WinCC là một hệ thống HMI (Human Machine Interface: tức là giao diện

giữa người và máy) cho phép các hoạt động và chấp hành của các quy trình
chạy trong máy. Truyền thông giữa WinCC và máy diễn ra thông một hệ thống
tự động.

9


Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

WinCC được dùng để hiện thị quá trình và cấu hình một giao diện đồ hoạ
người dùng. Bạn sẽ sử dụng giao diện người dùng để hoạt động và quan sát quá
trình. WinCC cung cấp các khả năng sau:
- WinCC cho phép bạn quan sát quá trình. Quá trình này được hiển thị
đồ hoạ trên màn hình. Màn hình hiển thị được cập nhật mỗi lần một
trạng thái trong quá trình thay đổi.
- WinCC cho phép bạn vận hành quy trình. Ví dụ, bạn có thể chỉ ra một
điểm đặt từ giao diện người dùng hoặc bạn có thể mở một van
- WinCC cho phép bạn giám sát quá trình. Một cảnh báo sẽ báo hiệu
một cách tự động trong sự kiện của một trạng thái quá trình nghiêm
trọng. Nếu một giá trị được định nghĩa trước bị vượt quá, một thông
báo sẽ xuất hiện trên màn hình.
- WinCC cho phép bạn lưu trữ quá trình. Khi làm việc với WinCC,
những giá trị quá trình có thể hoặc được in ra hoặc được lưu trữ theo
kiểu điện tử. Điều này tạo điều kiện cho thu thập thông tin của quy
trình và cho phép truy cập tiếp theo đến dữ liệu sản sinh ra trong quá
khứ.
WinCC sử dụng công nghệ phần mềm mới nhất. Nhờ sự cộng tác chặt chẽ
giữa Siemens và Microsoff, người dùng có thể yên tâm với sự phát triển của

công nghệ phần mềm mà Microsoft là người dẫn đầu.
 Hệ thống khách/chủ với các chức năng SCADA.
- Ngay từ hệ thống WinCC cơ sở đã có thể cung cấp tất cả các chức
năng để người dùng có thể khởi động các yêu cầu hiển thị phức tạp.
Việc gọi những hình ảnh (picture), các cảnh báo (alarm), đồ thị trạng
thái (trend), các báo cáo (report) có thể dễ dàng được thiết lập.
 Có thể nâng cấp mở rộng dễ dàng từ đơn giản đến phức tạp.
- WinCC là một mô đun trong hệ thống tự động hóa, vì thế, có thể sử
dụng nó để mở rộng hệ thống một cách linh hoạt từ đơn giản đến phức
tạp từ hệ thống với một máy tính giám sát tới hệ thống nhiều máy giám
sát, hay hệ thống có cấu trúc phân tán với nhiều máy chủ (server).
 Có thể phát triển tùy theo từng lĩnh vực công nghiệp hoặc từng yêu cầu
công nghệ.
- Một loạt các mô đun phần mềm mở rộng định hướng cho từng loại ứng
dụng đã được phát triển sẵn để người dùng lựa chọn khi cần.
 Máy tính (Computer): Quản lý tất cả các trạm (WorkStation) và trạm chủ
(Server) nằm trong Project
 Quản lý tag (Tag Managerment): Là khu vực quản lý tất cả các kênh, các
quan hệ Logic, các tag (biến) quá trình (Tag process), tag (biến) trung
gian trong PLC (Tag Internal) và nhóm các nhóm tag (Tag Groups).
 Loại dữ liệu (Data Types): Chứa các loại dữ liệu được gán cho các Tag và
các kênh khác nhau.

10


Bài Tập Lớn


Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

Các trình soạn thảo Editor: Các trình soạn thảo được liệt kê trong vùng
này dùng để soạn thảo và điều khiển một dự án hoàn chỉnh, chức năng các
bộ soạn thảo cho như bảng sau:

Tất cả các Modul này đều thuộc hệ thống WinCC nhưng nếu không cần
thiết thì không nhất thiết phải cài đặt hết.
Tag (Biến) Tags WinCC là phần tử trung tâm để truy nhập các giá trị quá
trình. Trong một dự án, chúng nhận một tên và một kiểu dữ liệu duy nhất. Kết
nối logic sẽ được gán với WinCC. 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 sở dữ liệu toàn dự án. Khi một chế độ của
WinCC khởi động, tất cả các biến trong một dự án được nạp và cấu trúc Run –
time tương ứng được thiết lập. Mỗi biến được lưu trữ trong quản lí dữ liệu
theo một kiểu dữ liệu chuẩn.
WinCC làm việc với 3 loại Tag:
- Tag nội (Internal Tag): Là Tag không được kết nối với quá trình
dùng để quản lý dữ liệu bên trong 1 project.
- Tag quá trình (Process Tag): Là Tag được dùng để trao đổi dữ liệu
giữa WinCC và quá trình tự động. Thuộc tính của Tag phụ thuộc
vào driver sử dụng.
- Tag hệ thống (System Tag): Bắt đầu với ký tự , dùng để quản lý
Project, không thể xóa hay chỉnh sửa System Tag.
11


Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

WinCC quản lý các tag này theo 2 kiểu:
- Kiểu nhóm (Tag group)
- Kiểu cấu trúc (Structure Type)
Nhóm biến chứa tất cả các biến có kết nối logic lẫn nhau. Các kiểu dữ
liệu biến phải gán 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). Trong WinCC, một kiểu dữ liệu nào đó cũng đều có thể được chuyển
đổi thành kiểu khác bằng cách điều chỉnh lại dạng. Các kiểu dữ liệu (data
Types) có trong WinCC:
- Binary Tag: kiểu nhị phân.
- Signed 8 – Bit Value: kiểu 8 bit có dấu.
- Unsigned 8 – Bit Value: kiểu 8 bit không dấu.
- Signed 16 – Bit Value: kiểu 16 bit có dấu.
- Unsigned 16 – Bit Value: kiểu 16 bit không dấu.
- Signed 32 – Bit Value: kiểu 32 bit có dấu.
- Unsigned 32 – Bit Value: kiểu 32 bit không dấu.
- Floating Point Number 32 bit IEEE 754: kiểu số thực 32 bit theo
tiêu chuẩn IEEE 754.
- Floating Point Number 64 bit IEEE 754: kiểu số thực 64 bit theo
tiêu chuẩn IEEE 754.
- Text Tag 8 bit character set: kiểu ký tự 8 bit.
- Text Tag 16 bit character set: kiểu ký tự 16 bit.
1.3.2

Những ưu điểm của Wincc.

WinCC kết hợp các bí quyết của Siemens, công ty hàng đầu trong tự
động hóa quá trình, và năng lực của Microsoft, công ty hàng đầu trong việc
phát trỉên phần mềm cho PC. Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các

hệ thống có quy mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp
với những ứng dụng có quy mô toàn công ty như việc tích hợp với những hệ
thống cấp cao như MES (Manufacturing Excution System - Hệ thống quản lý
việc thực hiện sản suất) và ERP (Enterprise Resource Planning). WinCC cũng
có thể sử dụng trên cơ sở quy mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của Siemens
có mặt khắp nơi trên thế giới. Ở Việt Nam hệ thống của Siemens được tài trợ
đưa vào hệ đào tạo chính thức.

12


Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

Chương II : Thiết kế hệ thống.
Lựa chọn thiết bị

1


PLC.

13


Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

Hình 2.1.1: PLC S7-300 với CPU 314 IFM
Trong nội dung của đề tài này nhóm chúng em chọn PLC S7-300 của
simen với CPU 314 IFM, gồm 20 đầu vào số,16 đầu ra số, 4 ngõ vào tương tự
tích hợp sẵn PIW128, PIW130, PIW132, PIW134 1 ngõ ra tương tự tích hợp
sắn.
 Động cơ điện.

Hình 2.1.2: Động cơ không đồng bộ ba pha
Với đề tài này em chọn động cơ không đồng bộ 3 pha có
thông số sau:
- Hãng sản xuất: Seimens
- Điện áp định mức :
400(V)
- Dòng điện định mức
0.56A
- Công suất định mức của động cơ:
0.18(kW).
- Hệ số công suất Cosphi=0,77.
- Tần số định mức :50Hz
14


Bài Tập Lớn



Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

- Tốc độ định mức của động cơ: 1350vòng/phút
Van điện từ .

Hình 2.1.3: Van điện từ.
Căn cứ vào nội dung của đề tài nhóm chúng em chọn và sử dụng loại
van đó là van điện từ.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Van điện từ - Solenoid Valve.
- Van điện từ có nhiều loại, cấu tạo cũng khác biệt nhau. Van điện từ
là van hoạt động điện cơ. Van được điều khiển bởi dòng điện thông
qua tác dụng của lực điện từ. Đối với loại van 2 cửa, cửa ra và cửa
vào sẽ được đóng mở thay phiên nhau (nghĩa là cửa vào đóng thì
cửa ra mở và ngược lại).
 Cảm biến: Gồm 3 loại cảm biến.
Cảm biến đo mức: Lựa chọn cảm biến tiệm cận.

15


Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu
Hình 2.1.4: Cảm biến tiệm cận Omron.

- Nguyên tắc hoạt động: Phát hiện theo nguyên tắc tĩnh điện (sự
thay đổi điện dung giữa vật cảm biến và đầu sensor), có thể phát
hiện tất cả vật.
- Mặc dù khá đa dạng về chủng loại, song cơ bản thì van điện từ hoạt
động theo một nguyên lý chung.
- Là có 1 cuộn điện, trong đó có 1 lõi săt và 1 lò so nén vào lõi sắt
đó, lõi sắt đó lại tỳ vào đầu 1 gioăng cao su. Như vậy, bình thường
không có điện thì lò so ép vào lõi sắt, để đóng van. Khi có dòng
điện vào, cuộn dây sinh từ trường hút lõi sắt ra, từ trường này đủ

mạnh thắng được lò so, khi đó van mở ra (Loại Van điện từ thường
đóng – NC)
Cảm biến thu phát độc lập: Lựa chọn cảm biến hồng ngoại thu phát
độc lập.

Hình 2.1.5: Cảm biến thu phát độc lập.
- Nguyên tắc hoạt động: Có 2 đầu 1 đầu phát tín hiệu và 1 đầu thu
tín hiệu, khi có vật cảm ở giữa hai đầu tín hiệu thu – phát, cảm
biến sẽ tác động. Dùng để phát hiện vật cảm (oto).
Cảm biến khối lượng.

16


Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

Hình 2.1.6: Cảm biến khối lượng.
- Nguyên tắc hoạt động: Khi đặt một vật đủ nặng (vd: 5 tấn) lên trên
cảm biến, cảm biến sẽ tác động.
 Khởi động từ
Khởi động từ là một loại khí cụ điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng
– ngắt, đảo chiều và bảo vệ quá tải (nếu có lắp thểm rơle nhiệt) các động cơ
không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc. Khởi động từ có một Contactor gọi là
khởi động từ đơn thường để đóng – ngắt động cơ điện. Khởi động từ có hai
Contactor là khởi động từ kép dùng để thay đổi chiều quay của động cơ gọi là
khởi động từ đảo chiều. Muốn bảo vệ ngắn mạch phải lắp thêm cầu chì.

Hình 2.1.7:Khởi động từ.

Khi cung cấp điện áp cho cuộn dây bằng nhấn nút khởi động M, cuộn
hây Contactor có điện hút lõi thép di động và mạch từ khép kín lại: Làm đóng
17


Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

các tiếp điể chính để khởi động động cơ và đóng tiếp điểm phụ thường hở để
duy trì mạch điều khiển khi buông tay khỏi nút nhấn khởi động. Khi nhấn nút
dừng D, khởi động từ bị ngắt điện, dưới tác dụng của lò xo nén làm phần lõi
di động trở về vị trí ban đầu; các tiếp điểm trở về trạng thái thường hở. Động
cơ dừng hoạt động. Khi có sự cố quá tải động cơ, Rơle nhiệt sẽ thao tác làm
ngắt mạch điện cuộn dây, do đó cũng ngắt khởi động từ và dừng động cơ điện.

2

Xây dựng sơ đồ khối


Thuật toán điều khiển hệ thống.

MAIN

Khởi động và
dừng hệ thống

Điều khiển hệ
thống phân

phối liệu

END


Thuật toán khởi động và dừng hệ thống.

18


Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

Khởi động và dừng hệ
thống

M0.0 = 0

Sai

Đúng
I0.0 = 1, khởi động hệ thống

I0.1 = 1, dừng hệ thống

M0.0 = 1

M0.0 = 0

Hệ thống hoạt động.

Hệ thống dừng.

K_END



Thuật toán điều khiển hệ thống phân phối liệu.
Điều khiển hệ thống phân phối
liệu

19


Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

M0.0 = 1

Sai

Đúng
Kiểm tra tín hiệu S1

Q0.2 = 1, van V2 mở.

Đúng

S1 = 1

Sai

Kiểm tra tin hiệu S3

S3 = 1

Kiểm tra tín hiệu S2

Sai

Đúng
Q0.0 = 1, van V1, Q0.2 SM1, SM2
mở

S2 = 1

Q0.2 = 0, van V2 đóng.

Q0.0 = 0, van V1, SM1, SM2
đóng.

Đ_END

20

Sau khoảng thời gian 60s

Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

Mạch lực, bảng định địa chỉ và sơ đồ đấu
dây, thực hiện bài toán điều khiển.

2.3

2.3.1

Mạch lực.

Hình 2.3.1: Mạch lực.

2.3.2

Bảng định địa chỉ

Địa chỉ
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
Q0.0
Q0.1
Q0.2

Ký hiệu
START
STOP
S1
S2
S3
S4
RUN
V1, SM1,
SM2
V2

Chức năng
Nút bấm khởi động hệ thống
Nút bấm dừng hệ thống
Cảm biến báo Silo cạn
Cảm biến báo Silo đầy
Cảm biến cân trọng lượng oto
Cảm biến phát hiện oto
Đèn báo hệ thống hoạt động
Điều khiển van V1, động cơ SM1 và SM2
Điều khiển van V2

21


Bài Tập Lớn
2.3.3

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

Sơ đồ đấu dây.

START
STOP
S1
S2
S3
S4

+
24
V

L

I0.0

Q0.0

RUN

I0.1

Q0.1

V1, SM1,
SM2

I0.2

Q0.2

V2

I0.3

S7 – 300
CPU 314 IFM

I0.4
…
I0.5
…

-

+

L+

M

2.3.4 Thực hiện
 Chương trình:

M

bài toán điều khiển.

22

24V
-


Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

23


Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

Trình bày về giao thức truyền thông trong hệ
thống.

2.4

Các thiết bị trong hệ thống thuộc phân cấp
nào trong mô hình phân cấp chức năng trong
hệ thống mạng công ty.

2.4.1

a)

Cấp chấp hành.

Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, dẫn động và
chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết.
Thực tế, đa số các thiết bị cảm biến (sensor) hay chấp hành (actuator)
cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường, truyền động
được chính xác và nhanh nhạy.
Các thiết bị thông minh (smart device) có thể đảm nhận việc xử lý và
chuẩn bị thông tin trước khi đưa lên cấp điều khiển.
Hệ thu thập dữ liệu và truyền số liệu.

b)

Cấp điều khiển.

Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các bộ cảm biến,
xử lý các thông tin theo thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống
các chấp hành.
Khi còn điều khiển thủ công, nhiệm vụ đó được người đứng máy trực
tiếp đảm nhận qua việc theo dõi các công cụ đo lường, sử dụng kiến thức và
kinh nghiệm để thực hiện những thao tác cần thiết như ấn nút đóng/ mở van,
điều chỉnh cần gạt, núm xoay…
Trong một hệ thống điều khiển tự động, việc thực hiện thủ công những
nhiệm vụ đó được thay thế bằng máy tính. Do đặc tính nổi bật của cấp điều
khiển là xử lý thông tin, nên khái niệm cấp xử lý (process level) cũng hay
được sử dụng
. Tuy nhiên, khái niệm này không được chính xác vì trong các hệ thống
tự động hoá hiện đại, việc xử lý thông tin không phải là độc quyền ở cấp này.
Như đã nêu trên, các thiết bị thông minh ở cấp cảm biến/chấp hành cũng có
thể đảm nhận một phần việc này.

Ngoài ra, việc thực hiện các chức năng ở bất kỳ cấp nào bên trên đều
mang bản chất là xử lý thông tin. Cấp điều khiển và cấp chấp hành cũng hay
được gọi chung là cấp trường (field level) chính vì các bộ điều khiển, cảm
biến và chấp hành được cài đặt trực tiếp tại hiện trường, gần kề với hệ thống
kỹ thuật .

c)

Cấp điều hành giám sát.

Điều hành quá trình tức là điều khiển và vận hành một quá trình kỹ thuật.
Khi đa số các chức năng như đo lường điều khiển, điều chỉnh, bảo trì hệ thống
24


Bài Tập Lớn

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

được các cấp cơ sở thực hiện, thì nhiệm vụ của các cấp điều hành quá trình là
hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát
vận hành và xử lý những tình huống bất thường.
Ngoài ra, trong một số trường hợp, cấp này còn thực hiện các bài
toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển khởi động/
dừng và điều khiển theo công thức (ví dụ như trong chế biến dược phẩm,
hoá chất).
Khác với các cấp dưới, việc thực hiện các chức năng ở cấp điều hành
quá trình thường không đòi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt có
giao diện mạng ngoài các máy tính điều hành.
Hiện nay, do nhu cầu tự động hoá tổng thể ở các cấp điều hành sản xuất

và quản lý công ty, việc tích hợp hệ thống và loại bỏ các cấp trung gian
không cần thiết trong mô hình chức năng trở nên cần thiết.
Cũng vì thế, ranh giới giữa cấp điều hành quá trình Hệ thu thập dữ
liệu và truyền số liệu và điều hành sản xuất nhiều khi không rõ ràng, hình
thành xu hướng hội nhập hai cấp này thành một cấp duy nhất, gọi chung
là cấp điều hành.
Với hệ thống mạng công ty Mạng công ty nằm trên cùng trong mô
hình phân cấp hệ thống truyền thông của một công ty sản xuất công
nghiệp.
Đặc trưng của mạng công ty gần với một mạng viễn thông hoặc một
mạng máy tính diện rộng nhiều hơn trên các phương diện phạm vi và hình
thức dịch vụ, phương pháp truyền thông và các yêu cầu về kỹ thuật.
Chức năng của mạng công ty là kết nối các máy tính văn phòng của các
xí nghiệp, cung cấp các dịch vụ trao đổi thông tin nội bộ và với khách hàng
như thư viện điện tử e-library, thư điện tử email, hội thảo từ xa qua điện thoại,
hình ảnh, cung cấp dịch vụ truy cập Internet và thương mại điện tử ecommerce,... Hình thức tổ chức ghép nối mạng, cũng như các công nghệ được
áp dụng rất đa dạng, tuỳ thuộc vào đầu tư của công ty. Trong nhiều trường
hợp, mạng công ty và mạng xí nghiệp được thực hiện bằng một hệ thống
mạng duy nhất về mặt vật lý, nhưng chia thành nhiều phạm vi và nhóm mạng
làm việc riêng biệt. Mạng công ty có vai trò như một đường cao tốc trong hệ
thống hạ tầng cơ sở truyền thông của một công ty, vì vậy đòi hỏi về tốc độ
truyền thông và độ an toàn, tin cậy đặc biệt cao. Ví dụ một số công nghệ tiên
tiến được áp dụng ở cấp mạng này trong hiện tại và tương lai như là Fast
Ethernet, FDDI, ATM.
Các cảm biến ,các van, động cơ không thuộc cấp chấp hành trong mô
hình phân cấp chức năng trong hệ thống mạng công ty.
Cấp điều khiển trong mô hình phân cấp chức năng trong hệ thống
mạng công ty là: PLC
Cấp điều khiển giám sát trong mô hình phân cấp chức năng trong hệ
thống mạng công ty là: Máy tính.

25