Đang tải... (xem toàn văn)
Bài tập lớn môn họcHệ thống SCADA, DCS và mạng truyền thôngcông nghiệpThiết kế giao diện cho mô hình điều khiển giám sát đèn tín hiệu giao thông sử dụng phần mềm TIA Portal và bộ điều khiển PLC S71200 (Sử dụng khối hàm FC) Chương 1 Tổng quan về hệ thống đèn tín hiệu giao thôngChương 2 Giới thiệu tổng quan về phần mềm TIAPortal và bộ điều khiển PLC S71200Chương 3 Lập trình cho bộ điều khiển và thiết kế giao diện giám sát cho hệ thốngChương 4 Kết quả mô phỏng.
TĐH1.K10 SCADA & DCS BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc Bài tập lớn môn học Hệ thống SCADA, DCS mạng truyền thơng cơng nghiệp Họ tên HS-SV : Nhóm Ngơ Đức Hồng Phan Thanh Lĩnh Lê Dỗn Đơng Bùi Thanh Hải La Thị Hòa Lớp : TĐH1 Khoa : Điện Khố : 10 Giáo viên hướng dẫn : Nghiêm Xuân Thước NỘI DUNG Thiết kế giao diện cho mơ hình điều khiển giám sát đèn tín hiệu giao thơng sử dụng phần mềm TIA Portal điều khiển PLC S7-1200 (Sử dụng khối hàm FC) PHẦN THUYẾT MINH Chương 1- Tổng quan hệ thống đèn tín hiệu giao thơng Chương 2- Giới thiệu tổng quan phần mềm TIA-Portal điều khiển PLC S7-1200 Chương 3- Lập trình cho điều khiển thiết kế giao diện giám sát cho hệ thống Chương 4- Kết mô Ngày giao đề : Ngày hoàn thành : TĐH1.K10 SCADA & DCS MỤC LỤC CHƯƠNG I Tổng quan hệ thống đèn tín hiệu giao thơng 1.1 Giới thiệu cung hệ thống 1.2 Mục đích sử dụng hệ thống hệ thống đèn giao thông 1.2.1 Cải thiện điều kiện làm việc 1.2.2 Mô tả hoạt động hệ thống 1.2.3 Phân tích lựa chọn phương án điều khiển 1.2.4 Hệ thống điều khiển lập trình PLC CHƯƠNG II Giới thiệu PLC S7-120 2.1 Giới thiệu chung PLC S7- 1200 2.1.1 Khái niệm chung PLC s7-1200 2.1.2 Các module hệ PLC S7-1200 10 2.2 Làm việc với phần mềm Tia Portal 12 2.2.1 Giới thiệu SIMATIC STEP Basic – tích hợp lập trình PLC HMI 12 2.2.2 Kết nối qua giao thức TCP/IP 13 2.2.3 Cách tạo Project 13 2.2.4 TAG PLC / TAG local 16 2.3 Làm việc với trạm PLC 18 2.3.1 Quy định địa IP cho module CPU 18 2.3.2 Đổ chương trình xuống CPU 18 2.3.3 Giám sát thực chương trình 20 2.4 Kỹ thuật lập trình 21 2.4.1 Vòng qt chương trình 21 2.4.2 Cấu trúc lập trình 21 2.5 Giới thiệu tập lệnh 23 2.5.1 Bit logic (tập lệnh tiếp điểm) 23 2.5.2 Sử dụng Timer 27 2.5.3 Sử dụng Counter 29 TĐH1.K10 SCADA & DCS 2.5.4 So sánh 30 2.5.5 Toán học 32 2.5.6 Di chuyển MOVE 37 2.5.7 Chuyển đổi 39 2.5.8 Lệnh điều khiển chương trinh 39 2.5.9 Toán tử word logic 41 2.5.10 Dịch chuyển xoay vòng 41 CHƯƠNG III Lập trình cho điều khiển thiết kế giao diện giám sát cho hệ thống 44 3.1 Khởi động dừng hệ thống 44 3.2 Tạo reset timer 44 3.3 Điều khiển đèn giao thông ngã tư 45 CHƯƠNG IV Kết mô 46 LỜI CẢM ƠN 48 TĐH1.K10 SCADA & DCS CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU GIAO THƠNG 1.1 Giới thiệu chung hệ thống Đèn giao thông (còn gọi tên khác đèn tín hiệu giao thông hay đèn điều khiển giao thông) thiết bị dùng để điều khiển giao thông giao lộ có lượng phương tiện lưu thơng lớn (thường ngã ba, ngã tư đông xe qua lại) Đây thiết bị quan trọng khơng an tồn cho phương tiện mà giúp giảm ùn tắc giao thơng vào cao điểm, lắp tâm giao lộ vỉa hè, đèn tín hiệu hoạt động tự động hay cảnh sát giao thơng điều khiển Đèn giao thơng hoạt động hồn tồn tự động cảnh sát giao thơng điều khiển 1.2 Mục đích sử dụng hệ thống đèn giao thông 1.2.1 Cải thiện điều kiện làm việc Trước tình hình phương tiện tham gia giao thơng ngày gia tăng không ngừng hệ thống giao thông ngày phức tạp Chính lý dẫn đến tình trạng ùn tắc tai nạn giao thơng ngày gia tăng Vì để đảm bảo giao thơng an tồn thơng suốt việc sử dụng hệ thống tín hiệu để điều khiển phân luồng nút giao thông cần thiết, với tầm quan trọng hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng cần đảm bảo u cầu sau: + Đảm bảo trình hoạt động cách xác liên tục + Độ tin cậy cao + Đảm bảo làm việc ổn định, lâu dài 1.2.2 Mô tả hoạt động hệ thống TĐH1.K10 SCADA & DCS Hình 2.1: Sơ đồ phân luồng giao thông Nguyên lý hoạt động: Tại thời điểm ban đầu đèn xanh vị trí A C sáng cho phép phương tiện người đi theo chiều từ A sang C ngược lại đồng thời lúc đèn đỏ vị trí B D sáng không cho phương tiện lưu theo chiều từ B sang D ngược lại Sau khoảng thời gian đèn xanh vị trí A C tắt đèn vàng sáng.Sau thời gian đèn vàng tắt đèn đỏ B D tắt đồng thời đèn đỏ A C sáng đèn xanh vị trí A C sáng Và lập lại 1.2.3 Phân tích lựa chọn phương án điều khiển Với phát triển khoa học kỹ thuật để điều khiển hệ thống giao thơng có nhiều cách khác là: Dùng IC số, vi xử lý, vi điều khiển, điều khiển PLC Mạch dùng IC số Với mạch dùng IC số có ưu điểm sau: - Giá thành rẻ TĐH1.K10 SCADA & DCS - Mạch đơn giản dễ thực - Tổn hao cơng suất bé, mạch dùng pin acquy Tuy nhiên sử dụng kỹ thuật số khó khăn việc thay đổi chương trình Muốn thay đổi chương trình buộc ta phải thay đổi phần cứng Do lần phải lắp lại mạch dẫn đến tốn kinh tế mà nhiều u cầu khơng thực nhờ phương pháp Với phát triển mạnh mẽ ngành kỹ thuật số đặc biệt cho đời họ vi xử lý, vi điều khiển hay PLC giải bế tắc kinh tế mà phương pháp dùng IC số kết nối lại không thực Điều khiển vi điều khiển Ngoài ưu điểm phương pháp trên, phương pháp có ưu điểm sau: - Do vi điều khiển có sử dụng timer, hệ thống ngắt, câu lệnh đơn giản nên việc lập trình đơn giản - Trong mạch sử dụng nhớ chương trình có quy mơ nhỏ tiện lợi mà vi xử lý khơng thực - Nó giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính mà vi xử lý giao tiếp giao tiếp song song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính Với vi mạch dùng kỹ thuật vi xử lý Với phương pháp có ưu điểm sau: - Ta thay đổi cách linh hoạt việc thay đổi phần mềm phần cứng không thay đổi mà mạch dùng IC số thực mà thực cứng nhắc mà người cơng nhân khó tiếp cận, dễ nhầm - Số linh kiện sử dụng mạch TĐH1.K10 SCADA & DCS - Mạch đơn giản mạch dùng IC số.Song phần cứng vi xử lý sử dụng CPU đơn chíp mà khơng có nhớ RAM, ROM, timer, hệ thống ngắt Do việc viết chương trình gặp nhiều khó khăn Do để khắc phục nhược điểm người ta sử dụng vi điều khiển Điều khiển PLC Với phương pháp sử dụng PLC có ưu diểm sau: - Lập trình đơn giản, độ tin cậy cao - Chức điều khiển thay đổi dễ dàng thiết bị lập trình (máy tính, hình) mà khơng cần thay đổi phần cứng khơng có yêu cầu thêm bớt thiết bị nhập xuất - Thời gian hồn thành chu trình điều khiển nhanh Nên nhóm chúng em chọn phương án dùng PLC để điều khiển 1.2.4 Hệ thống điều khiển lập trình PLC Trên thực tế có nhiều lập trình PLC nhiều hãng khác như: PLC siemen, PLC Mitsubishi…, sau chúng em xin giới thiệu lập trình PLC hãng Allen-Bradley: Hình 2.2: PLC Allen-Bradley Micrologix 1500 TĐH1.K10 SCADA & DCS Ưu nhược điểm: + Ưu điểm: - Bộ điều khiển lập trình với kích thước siêu gọn, thích hợp cho ứng dụng đòi hỏi cao yêu cầu tiết kiệm không gian lắp đặt - Được thiết kế tăng bền để chịu rung động, nhiệt, ẩm tiếng ồn - Có sẵn giao diện cho thiết bị nhập xuất - Được lập trình dể dàng với ngơn ngữ lập trình dể hiểu, chủ yếu giải phép tốn logic chuyển mạch + Nhược điểm: - Chi phí cho việc mua sắm sử dụng thiết bị tốn Phạm vi sử dụng PLC ngày sử dụng rộng rãi, sử dụng hầu hết hệ thống điều khiển tự động Ví dụ như: Điều khiển băng tải, điều khiển dây chuyền đóng gói, hệ thống xử lý nước thải, hệ thống điều khiển cửa tự động, xây dựng… TĐH1.K10 SCADA & DCS CHƯƠNG II GIỚI THIỆU PLC S7-1200 2.1 Giới thiệu chung PLC s7-1200 2.1.1 Khái niệm chung PLC s7-1200 Năm 2009, Siemens dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay dần cho S7-200 So với S7-200 S7-1200 có tính trội: - S7-1200 dòng điều khiển logic lập trình (PLC) kiểm sốt nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, tập lệnh mạnh làm cho có giải pháp hoàn hảo cho ứng dụng sử dụng với S7-1200 - S7-1200 bao gồm microprocessor, nguồn cung cấp tích hợp sẵn, đầu vào/ra (DI/DO) - Một số tính bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào CPU chương trình điều khiển: + Tất CPU cung cấp bảo vệ password chống truy cập vào PLC + Tính “know-how protection” để bảo vệ block đặc biệt -S7-1200 cung cấp cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet TCP/IP Ngồi bạn dùng module truyền thong mở rộng kết nối RS485 RS232 - Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình FBD, LAD SCL Phần mềm tích hợp TIA Portal 11 Siemens - Vậy để làm dự án với S7-1200 cần cài TIA Portal phần mềm bao gồm mơi trường lập trình cho PLC thiết kế giao diện HMI TĐH1.K10 2.1.2 SCADA & DCS Các module hệ PLC S7-1200 Giới thiệu module CPU Các module CPU khác có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, nhớ chương trình khác nhau… PLC S7-1200 có loại sau: Hình 2.1: module CPU Sign board PLC SIMATIC S7-1200 10 TĐH1.K10 SCADA & DCS Lệnh lấy phần dư Lệnh Modulo lấy phần dư phép toán Giá trị ngõ vào IN1 chia cho IN2 giá trị phần dư lưu vào OUT L Tham số: A EN : Bool D ENO : Bool IN1 : SINT, INT, DINT, USINT, UINT, UDINT IN2 : SINT, INT, DINT, USINT, UINT, UDINT OUT : SINT, INT, DINT, USINT, UINT, UDINT Lệnh phủ định Lệnh NEG đảo ngược dấu hiệu số học giá trị tham số lưu trữ kết tham số OUT Tham số : L A D EN : Bool – cho phép ngõ vào ENO: Bool – cho phép ngõ -ENO = : khơng có lỗi -ENO = 0: kết giá trị nằm tầm giá trị kiểu liệu IN : toán tử đầu vào SInt, INt, Dint, Real, LReal, Constant OUT : toán tử đầu Sint, Int, Dint, Real, 34 TĐH1.K10 SCADA & DCS Lệnh tăng, giảm Tăng / giảm giá trị kiểu số Interger lên / xuống đơn vị Tham số : L EN : cho phép ngõ vào A IN/OUT : toán tử ngõ vào D ENO : cho phép ngõ -ENO = : khơng có lỗi -ENO = 0: kết nằm tầm giá trị kiểu liệu Lệnh giá trị tuyệt đối Tinh giá trị tuyệt đối số nguyên số thực tham số IN lưu trữ kết vào tham số OUT L A D Tham số : EN : cho phép ngõ vào IN : Toán tử ngõ vào OUT : Toán tử ngõ ENO : Cho phép ngõ 35 TĐH1.K10 SCADA & DCS Lệnh giá trị nhỏ lớn Lệnh MIN/MAX so sánh giá trị đầu vào trả lại giá trị nhỏ nhất/ lớn đầu L Tham số : A EN : cho phép ngõ vào D IN : Toán tử đầu vào, lên tới 32 đầu vào OUT : Toán tử ngõ ENO : cho phép ngõ Lệnh giới hạn Công dụng : Giới hạn giá trị ngõ vào IN khoảng ngõ vào MIN MAX Nếu giá trị IN đáp ứng MIN < IN MAX giá trị MAX copy vào OUT L Lệnh thực tín hiệu ngõ vào A ngõ vào EN, Nếu lệnh thực mà khơng có D lỗi xảy ngõ ENO có giá trị Ngõ ENO có trạng thái số điều kiện sau không thỏa mãn : -Ngõ vào EN có tín hiệu “0” -Các thông số nhập vào không định dạng 36 TĐH1.K10 SCADA & DCS -Các tốn hạng khơng giá trị -Giá trị Min lớn giá trị Max Lệnh toán học số thực dấu chấm động 2.5.6 Di chuyển MOVE 37 TĐH1.K10 SCADA & DCS Lệnh MOVE Lệnh Move di chuyển nội dung ngõ vào IN đến ngõ OUT mà không làm thay đổi giá trị ngõ IN L Tham số: A EN : cho phép ngõ vào D ENO : cho phép ngõ IN : nguồn giá trị đến OUT1: Nơi chuyển đến Lệnh làm đầy FILL Công dụng : dùng để lấp đầy vùng nhớ với nội dung vùng nhớ khác Lệnh Fill block di L chuyển nội dung vùng nhớ tới vùng A nhớ xác định Hành động vận chuyển biến chép theo hướng tăng dần D Lệnh đảo Swap L Công dụng : Đổi thứ tự byte hay byte thành phần Word hay Dword Nó khơng làm A đổi thứ tự bit byte D 38 TĐH1.K10 SCADA & DCS 2.5.7 Chuyển đổi Lệnh làm tròn ROUND cắt bỏ TRUNCATE Lệnh ROUND : Chuyển đổi số thực thành sô Interger Các phần phân số sô thực làm L tròn đến số nguyên gần Nếu số thực nằm số nguyên số thực làm tròn A D thành số ngun chẵn Ví dụ ROUND (10.5) = 10, ROUND (11.5) = 12 Lệnh TRUNC : chuyển đổi số thực thành số interger Phần phân số số thực bị cắt bỏ Lệnh CEILING FLOOR Lệnh CEIL : chuyển đổi số thực thành số nguyên L nhỏ lớn hay số thực A Lệnh FLOOR : Chuyển đổi số thực thành số D nguyên nhỏ hya số thực 2.5.8 Lệnh điều khiển chương trình Lệnh nhảy JUMP nhãn LABEL 39 TĐH1.K10 SCADA & DCS Cơng dụng : Dừng chương trình chạy tiếp L tục network khác, network xác A định jump label D Lệnh điều khiển thực thi RET Công dụng : Để dừng việc thực thi khối L hàm đươc tiếp tục sau có lệnh gọi khối A hàm D Lệnh Re – trigger giám sát quét chu kỳ Lệnh ngừng quét chu kỳ L A Công dụng : Đặt PLC chế độ STOP, ngừng việc thực chương trình D 40 TĐH1.K10 SCADA & DCS Lệnh lấy lỗi GET ERROR L Công dụng : Truy vấn lỗi xãy A khối D 2.5.9 Toán tử word logic Lệnh AND, OR XOR Công dụng : -Lệnh AND kết hợp giá trị ngõ vào IN1 IN2 theo bit tương ứng theo phép AND logic, xuất L kết OUT A - Lệnh OR kết hợp giá trị ngõ vào IN1 IN2 D theo bit tương ứng theo phép OR logic, xuất kết OUT - Lệnh XOR kết hợp giá trị ngõ vào IN1 IN2 theo bit tương ứng theo phép XOR logic, 41 TĐH1.K10 SCADA & DCS Lệnh đảo INVERT L Công dụng : Đảo bit tín hiệu ngõ vào IN Giá trị A bit lấy bù gửi tối ngõ D Lệnh SELECT, MULTIPLEX DEMULTIPLEX Công dụng : L -Lệnh SEL : Dựa vào tín hiệu ngõ vào G, lệnh SEL lựa chọn ngõ vào IN1 IN0 di chuyển nội A dung vào ngõ OUT D +Nếu G = OUT = IN0 2.5.10 Dịch chuyển xoay vòng Lệnh dịch phải L Cơng dụng : Dịch chuyển nội dung toán hạng ngõ vào IN theo bit sang bên phải truy xuất A D kết ngõ OUT Thông số N để xác định số bit dịch chuyển 42 TĐH1.K10 SCADA & DCS Lệnh dịch trái Công dụng : Dịch chuyển nội dung toán hạng ngõ vào IN theo bit sang bên trái truy xuất A kết ngõ OUT D Thông số N để xác định số bit dịch chuyển Lệnh quay phải Cơng dụng : Xoay nội dung tốn hạng L ngõ vào IN theo bit hướng bên phải truy A xuất ngõ OUT Thông số N xác định số bit dịch chuyển D Lệnh quay trái Công dụng : Xoay nội dung toán hạng L ngõ vào IN theo bit hướng bên trái truy A xuất ngõ OUT D Thông số N xác định số bit dịch chuyển 43 TĐH1.K10 SCADA & DCS CHƯƠNG III LẬP TRÌNH CHO BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT CHO HỆ THỐNG 3.1 Khởi động dừng hệ thống Hình 3.1: Chương trình khở động 3.2 Tạo reset timer Hình 3.2: Điều khiển timer 44 TĐH1.K10 SCADA & DCS 3.3 Điều khiển đèn giao thơng ngã tư Hình 3.3(a): Chương trình điều khiển đèn giao thơng Hình 3.3(b): Chương trình điều khiển đèn giao thông 45 TĐH1.K10 SCADA & DCS CHƯƠNG IV KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Hình 4.1(a): kết mổ Hình 4.1(b): kết mổ 46 TĐH1.K10 SCADA & DCS Hình 4.1(c): kết mổ 47 TĐH1.K10 SCADA & DCS LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu làm việc, với giúp đỡ nhiệt tình thầy Nghiêm Xuân Thước - giảng viên khoa Điện, trường Đại học cơng nghiệp Hà Nội chúng em hồn thành Bài tập lớn môn học Hệ thống SCADA, DCS mạng truyền thơng cơng nghiệp Trong q trình làm tập lớn nhóm chúng em vận dụng kiến thức học, tự đánh giá trình độ thân, nghiên cứu tài liệu học hỏi lẫn để tìm kiến thức Chúng em biết cách kết hợp lý thuyết thực hành Hơn nữa, chúng em quen dần với cách làm việc độc lập, biết cách tổ chức công việc, xếp theo thời gian cách hợp lý, có hiệu Do thời gian làm trình độ có hạn nên tập lớn chúng em khơng tránh khỏi sai xót Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp q thầy bạn để đồ án chúng em hoàn thiện Chúng xin em chân thành cảm ơn ! 48 ... SCADA & DCS MỤC LỤC CHƯƠNG I Tổng quan hệ thống đèn tín hiệu giao thơng 1.1 Giới thiệu cung hệ thống 1.2 Mục đích sử dụng hệ thống hệ thống đèn giao thông 1.2.1 Cải thiện điều kiện làm... khiển 1.2 Mục đích sử dụng hệ thống đèn giao thông 1.2.1 Cải thiện điều kiện làm việc Trước tình hình phương tiện tham gia giao thông ngày gia tăng không ngừng hệ thống giao thơng ngày phức tạp... ngày sử dụng rộng rãi, sử dụng hầu hết hệ thống điều khiển tự động Ví dụ như: Điều khiển băng tải, điều khiển dây chuyền đóng gói, hệ thống xử lý nước thải, hệ thống điều khiển cửa tự động, xây dựng…