MỤC LỤC


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Máy phân loại theo màu sắc JTDM-CCD320
Hình 1.2 Hạt đậu trước và sau khi được phân loại.
Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của PLC.
Hình 2.2 Các cổng vào ra của CPU224 AC/DC/RLY
Hình 2.3 Truyền thông trong S7-200.
Hình 2.4 Vòng quét (scan) trong S7-200
Hình 2.5 Đặc tính mở của phần mềm WinCC
Hình 3.1 Băng chuyền
Hình 3.2 Động cơ điện một chiều
Hình 3.3 Đặc tính cơ của động cơ
Hình 3.4 Động cơ 12V-DC
Hình 3.5 Cảm biến màu TCS 3200
Hình 3.6 Cấu tạo cảm biến màu
Hình 3.7 Color Filter Array
Hình 3.8 Nguyên lý phối màu
Hình 3.9 Arduino
Hình 3.10Vi điều khiển ATMEGA4328P-PU
Hình 3.11 Mạch Arduino tự chế
Hình 3.12Các cổng vào ra của Arduino
Hình 3.13 Cách nối dây Ardurino và TCS 3200
Hình 3.14Cảm biến quang
Hình 3.15 Sơ đồ khối của rơle điện từ
Hình 3.16 Đặc tính vào ra của rơle
Hình 3.17 Cấu trúc chung của rơle điện từ
Hình 3.18 Nguyên lý cấu tạo role điện từ

Hình 3.19 Xy lanh tác động 2 chiều không có giảm chấn
Hình 3.20 Xy lanh tác động 2 chiều có giảm chấn điều chỉnh
Hình 3.21 Xy lanh tác động 2 chiều có giảm chấn không điều chỉnh
Hình 3.22 Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều
Hình 3.23 ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều
Hình 3.24 Van đảo chiều 2/2
Hình 3.25 Van đảo chiều 3/2
Hình 3.26 Van đảo chiều 5/2
Hình 4.1 Sơ đồ công nghệ
Hình 4.2 Lưu đồ thuật toán
Hình 4.3 Màn hình giao diện chính của PC Access
Hình 4.4 Hộp thoại PLC Properties
Hình 4.5Tạo các Item cho dự án
Hình 4.6 Hoàn thành tạo Item cho dự án
Hình 4.7Lưu lại dự án sau khi hoàn thành
Hình 4.8Chọn cấu hình cho PC ACCESS
Hình 4.9Giao diên Set PG/PC Interface
Hình 4.10Giao diện biểu tượng WinCC trên máy tính
Hình 4.11Giao diện màn hình WinCCExplorer
Hình 4.12Giao diện WinCC Explorer để tạo dự án mới
Hình 4.13 S7200 OPCServer
Hình 4.14Giao diện chính của WinCC
Hình 4.15Giao diện màn hình Graphics Designer
Hình 4.16Hộp thoại Library
Hình 4.17 Thiết kế giao diện cho dự án
Hình 4.18Tạo Tag cho các phần tử trong Graphics Designer
Hình 4.19 Giao diện hoàn chỉnh của dự án


Hình 4.20Mở Tag Logging

Hình 4.21cửa sổ soạn thảo Tag Logging
Hình 4.22 Hộp thoại Timers Properties
Hình 4.23Cửa sổ soạn thảo Tag Logging
Hình 4.24Hộp thoại Properties of WinCC Online Table Control
Hình 4.25Giao diện Tag Logging
Hình 5.1 Mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc
Hình 5.2 Giao diện điều khiển và giám sát mô hình bằng WinCC


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Các cổng ghép nối S7-200 với máy tính PC
Bảng 3.1 Các loại băng chuyền
Bảng 3.2 Photodiode Type
Bảng 3.3 Output Frequency Scaling

Bảng 3.4 Một số thông số của Arduino UNO R3
Bảng 3.5 Bảng nối chân ARDUINO và TCS 3200
Bảng 4.1 Phân công vào ra trong chương trình


LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ ,nhu cầu tự động hóa
trong các nhà máy xí nghiệp trở nên vô cùng cấp thiết. Vì vậy vấn đề đặt ra là
phải thiết kế các hệ thống phân loại sản phẩm nhằm giải phóng công việc lao
động chân tay và nâng cao năng suất cho nhà máy.
Nhận thấy đây là vấn đề rất sát thực, với những kiến thức đã được trang bị
trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng,
em đã lựa chọn đề tài : “THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VÀ
ĐẾM SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC DÙNG PLC S7-200 VÀ WINCC”.

Trong quá trình thực hiện, em đã nhận được rất nhiều sự hướng dẫn tận tình
chu đáo của các thầy, cô giáotrong Khoa Điện, đặc biệt là sự chỉ bảo của cô
Nguyễn Thị Kim Trúc. Em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô.
Với một khoảng thời gian ngắn để thực hiện đồ án và do kiến thức còn hạn chế,
điều kiện tiếp xúc thực tế chưa nhiều, nên đồ án còn nhiều thiếu sót. Vậy kính
mong sự góp ý từ các thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Đà Nẵng, ngày 31 tháng 5 năm 2015
SVTH : Hoàng Anh Tùng


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Kim Trúc

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
THEO MÀU SẮC
1.1 Tổng quan

Nhằm phục vụ hiện đại hóa quy trình sản xuất, hệ thống phân loại sản phẩm ra
đời là một công cụ hiệu quả giúp thay thế con người trong việc đếm và phân loại
sản phẩm, nó đã góp phần nâng cao hiệu quả trong công việc, với một hệ thống
phân loại hoàn chỉnh nó có thể phân loại sản phẩm với độ tin cậy cao, hoạt động
liên tục và giảm tối đa trì hoãn hệ thống. Hơn nữa đối với công việc đòi hỏisự tập
trung cao và có tính tuần hoàn, nên các công nhân khó đảm bảo sự chính xác trong
công việc.Điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà
sản xuất.Vì vậy hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời nhằm
đáp ứng nhu cầu cấp bách này.
1.2 Ứng dụng thực tiễn


Hiện nay hệ thống phân loại sản phẩm được ứng dụng rất nhiều trong sản xuấtcủa
các nhà máy như trong dây truyền phân loại gạch, ngói, đá granite, hoặc phân loại
các sản phẩm nhựa.Một số nghiên cứu ứng dụng để phân loại hạt cà phê và nhiều
ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp khác.
Điển hình trong khi tại hầu hết các nhà máy sản xuất gạch ốp lát hiện nay khâu
phân loại gạch được thực hiện bằng mắt thường của người lao động do đó năng
suất sản xuất và độ chính xác không được cao, một hệ thống tự động nhận dạng và
phân loại ra đời hứa hẹn sẽ tiết kiệm sức người và tăng năng suất cho các nhà máy.
Nước ta là một nước có ngành công nghiệp rất phát triển nhưng các thiết bị
máy móc để phục vụ cho nông nghiệp thì còn rất hạn chế, như trong hệ thống sản
xuất gạo chất lượng cao những chi tiêu về chất lượng đòi hỏi rất cao, những quy
định chặt chẽ về tỉ lệ của những hạt không đạt yêu cầu như hạt bị sâu, đen, đỏ,
vàng. Các phương pháp phân loại truyền thống thường ít có tác dụng với tất cả các
dạng gạo xuất khẩu và tạo chất đòi hỏi phải có những đổi mới trong công nghệ
này.

SVTH: Hoàng Anh Tùng

Trang 7


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Kim Trúc

Hình 1.1: Máy phân loại theo màu sắc JTDM-CCD320

SVTH: Hoàng Anh Tùng


Trang 8


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Kim Trúc

Hình 1.2: Hạt đậu trước và sau khi được phân loại.

SVTH: Hoàng Anh Tùng

Trang 9


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Kim Trúc

1.3 Nhu cầu và xu thế phát triển

Tự động hoá là một quá trình cho phép giảm giá thành sản phẩm, giảm sức lao
động của con người, nâng cao năng xuất lao động. Trong mọi thời đại, một sản
phẩm làm ra vấn đề giá thành sản phẩm là một trong những vấn đề rất được quan
tâm bởi lẽ nếu cùng một loại sản phẩm của hai nhà sản xuất đưa ra nếu giá thành
sản phẩm nào rẻ hơn nhưng với chất lượng như nhau thì dĩ nhiên người ta sẽ lựa
chọn sản phẩm rẻ hơn. Chính vì lẽ đó mà con người luôn tìm tòi mọi phương pháp
để giảm giá thành sản phẩm và đó là cơ sở cho nghành tự động hoá ra đời. Một
trong những động lực cho sự phát triển của tự động hoá đó là giảm sức lao động
của con người, nâng cao chất lượng sản phẩm và năng xuất lao động. Người ta từ
lâu đã nhận ra rằng lao động của con người không thể sánh bằng máy móc kể cả

về năng suất và chất lượng đặc biệt là các loại máy móc tự động.Vì vậy việc ra đời
của ngành tự động hoá không những giảm bớt lao động của con người mà còn
nâng cao được năng suất và chất lượng sản phẩm.
Quá trình tự động hoá đã làm cho việc quản lí trở nên rất đơn giản, bởi vì nó
không những thay đổi điều kiện làm việc của công nhân mà còn có thể giảm số
lượng công nhân đến mức tối đa. Ngoài ra tự động hoá còn cải thiện được điều
kiện làm việc của công nhân, tránh cho công nhân những công việc nhàm chán,
lặp đi lặp lại, có thể thay cho con người lao động ở những nơi có điều kiện làm
việc nguy hiểm, độc hại…
Tự động hoá có thể áp dụng cho nhiều loại hình sản xuất hàng loạt và đơn chiếc
với một trình độ chuyên môn hoá cao cũng chính vì thế mà năng suất cũng như
chất lượng sản phẩm rất cao. Ngày nay để đánh giá mức độ của một nền sản xuất,
người ta đánh giá vào mức độ tự động hoá của nền sản xuất đó.
Với tầm quan trọng như thế, ngành tự động hoá rất được các quốc gia trên thế giới
quan tâm bởi đó không những là bộ mặt của nền sản xuất mà trong thời buổi
kinhtế thị trường việc cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường là rất khó khăn, nó
đòi hỏi không những về chất lượng sản phẩm mà còn cả về giá thành.
Trong thời gian gần đây, tự động hoá được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực
của đời sống từ kinh tế đến chính trị - xã hội, như: Trong công nghiệp, y tế, ngân
hàng, thư viện…
1.4 Nhu cầu tự động hóa trong phân loại sản phẩm

Hiện nay công việc phân loại sản phẩm là một công việc lặp đi lặp lại nên không
thể tránh được sự nhàm chán trong công việc. Công việc phân loại sản phẩm theo
SVTH: Hoàng Anh Tùng

Trang 10


Đồ án tốt nghiệp


GVHD: ThS. Nguyễn Thị Kim Trúc

kích thước là một công việc mất khá nhiều thời gian và dễ gây sự nhầm lẫn. Ngày
nay để nâng cao năng suất lao động, nâng cao chất lượng và ổn định chất lượng
sản phẩm, người ta đã đưa vào các thiết bị sản xuất trong công nghiệp với hệ thống
điều khiển tự động từng phần hoặc toàn bộ quá trình sản xuất.
Cùng với việc sử dụng ngày càng nhiều hệ thống sản xuất tự động, con người đã
cải thiện đáng kể điều kiện lao động như giảm nhẹ sức lao động, tránh được sự
nhàm chán trong công việc, tạo cho họ được tiếp cận với sự tiến bộ của các lĩnh
vực khoa học kỹ thuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh
hơn.
Trong nền kinh tế thị trường và hội nhập ngày càng sâu rộng vào nền kinh tế thế
giới, vấn đề cạnh tranh ngày càng khốc liệt hơn trong nhiều lĩnh vực như
chấtlượng mẫu mã và quá giá thành sản phẩm.Có thể thấy rằng chỉ áp dụng tự
động hóa vào quá trình sản xuất mới có thể có cơ hội nâng cao năng suất, tạo tiền
đềcho việc giảm giá thành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh
chóng.
1.5 Nhiệm vụ của đề tài
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật
điện tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi
lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông
tin…Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp
phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát
triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng.
Xuất phát từ những đợt đi thực tập tại nhà máy, các khu công nghiệp và tham quan
các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa
trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu tự động trong dây chuyền sản xuất
tự động hóa đó là số lượng sản phẩm sản xuất ra được các băng tải vận chuyển và
sử dụng hệ thống nâng gắp phân loại sản phẩm.Tuy nhiên đối với những doanh

nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những
khâu phân loại mà vẫn còn sử dụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng
suất thấp chưa đạt hiệu quả. Từ những điều đã được nhìn thấy trong thực tế cuộc
sống và những kiến thức mà em đã học được ở trường muốn tạo ra hiệu suất lao
động lên gấp nhiều lần, đồng thời vẫn đảm bảo được độ chính xác cao về màu sắc
của sản phẩm. Thiết kế và thi công một mô hình sử dụng băng chuyền để phân loại
sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế, vì trong thực tế có nhiều sản phẩm được
SVTH: Hoàng Anh Tùng

Trang 11


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Kim Trúc

sản xuất ra đòi hỏi phải được phân loại tương đối chính xác và nó thật sự rất có ý
nghĩa đối với chúng em, góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn,
1.5.1
-

để xứng tầm với sự phát triển của thế giới.
Nội dung đồ án
Tìm hiểu về PLC S7-200.
Tìm hiểu phần mền Win CC.
Thiết kế được mô hình phân loại sản phẩm màu, phân biệt được 3 màu khác nhau.
Lập trình PLC S7-200 và xây dựng giao diện điều khiển và giám sát qua Win CC.

SVTH: Hoàng Anh Tùng


Trang 12


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Kim Trúc

CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU PLC S7-200 VÀ WINCC
2.1 Giới thiệu về PLC

PLC viết tắt của (Progammble Logic Control), hình thành từ các nhóm kĩ sư hãng
general Motors năm 1968 với ý tưởng ban đầu là thiết kế một bộ điều khiển thỏa
mãn các yêu cầu sau:
-

Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu.

-

Dễ dàng sửa chữa thay thế.

-

Ổn định trong môi trường công nghiệp.

-

Giá cả cạnh tranh.


-

Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp.

-

Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp.

-

Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính, nối mạng, các
modul mở rộng.
Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC hiện nay có ứng dụng rất rộng rãi. Thiết bị
điều khiển logic khả trình PLC đáp ứng được hầu hết các yêu cầu và như là yếu tố
chính trong việc nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất trong công nghiệp. Trước
đây thì việc tự động hoá chỉ được áp dụng trong sản xuất hàng loạt năng suất cao.
Hiện nay cần thiết phải tự động hoá cả trong sản xuất nhiều loại khác nhau để
nâng cao năng suất và chất lượng.
Để thực hiện một trương trình điều khiển thì PLC phải có tính năng như một máy
tính, hay phải có bộ vi xử lý (CPU ), một hệ điều hành, bộ nhớ lưu chương trình
điều khiển, dữ liệu và các cổng vào/ra để giao tiếp với nhiều đối tượng điều khiển
và trao đổi thong tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài
tán điều khiển số, PLC còn cần có thêm các khối chức năng đặc biệt khác như bộ
đếm( Counter ), bộ định thì( timer)… và những khối hàm chuyên dụng khác.

2.2 PLC SIMATIC S7-200 CPU 224

2.2.1 Cấu trúc phần cứng
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng SIEMENS
(CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu Modul và có các modul mở rộng. Các modul


SVTH: Hoàng Anh Tùng

Trang 13


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Kim Trúc

này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của
S7-200 là khối vi xử lý CPU-224.
Nguồn

CPU

Memory

Out put
modul

Link

In put modul

Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của PLC.
CPU 224 có các đặc điểm sau:
- CPU-226 bao gồm 14 ngõ vào và 10 ngõ ra, có khả năng thêm 7 modul mở rộng.
- Nguồn cung cấp: 220 VAC
- Ngõ ra số : 10 DO DC

- Bộ nhớ chương trình: 12KB
- Bộ nhớ dữ liệu: 8KB
- Điều khiển PID: Có
- Phần mềm: Step 7 Micro/WIN.
- Thời gian xử lý 1024 lệnh nhị phân : 0.37ms
- Bit memory/Counter/Timer : 256/256/256
- Bộ đếm tốc độ cao: 6 x 60 Khz
- Bộ đếm lên/xuống: Có
- Ngắt phần cứng: 4
- Số đầu vào/ra có sẵn: 14DI / 10DO.
- Số đầu vào / ra số cực đại ( nhờ lắp ghép thêm Modul số mở rộng: DI/DO/MAX:

94 / 74 / 168
- Số đầu vào / ra tương tự ( nhờ lắp ghép thêm Modul Analog mở rộng:

AI/AO/MAX:28/7/35hoặc 0/14/14.IP20
- Kích thước: Rộng x Cao x Sâu : 120 x 80 x 62.
- Thêm cổng PPI làm tăng tính linh hoạt và lựa chọn truyền thông
- Các cổng vào ra

SVTH: Hoàng Anh Tùng

Trang 14


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Kim Trúc

Hình 2.2 Các cổng vào ra của CPU224 AC/DC/RLY

Các đèn báo trên S7-200 CPU224:
-

SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng.

-

RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực
hiện chương trình được nạp vào trong máy.

-

STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng chương
trình và đang thực hiện lại.

-

Ix.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Ix.x.
Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị Logic của công tắc.

-

Qx.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qx.x.
Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.

-

Chế độ làm việc:
PLC có 3 chế độ làm việc:


-

RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình từng bộ nhớ, PLC sẽ chuyển từ RUN
sang STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP.

-

STOP: Cưỡng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ
STOP.

-

TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC hoặc
RUN hoặc STOP.
2.2.2 Cổng truyền thông
S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục
vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác.Tốc độ
truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp của PLC
theo kiểu tự do là 38.400 baud.

SVTH: Hoàng Anh Tùng

Trang 15


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Kim Trúc

Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ

chuyển đổi RS232/RS485.
Chân
1
2
3
4
5
6
7
8
9

5 4 3 2 1
9 8 7 6

Giải thích
Đất
24 VDC
Truyền và nhận dữ liệu
Không sử dụng
Đất
5VDC
24VDC
Truyền và nhận dữ liệu
Không sử dụng

Bảng 2.1: Các cổng ghép nối S7-200 với máy tính PC

Hình 2.3 Truyền thông trong S7-200.
2.2.3 Mở rộng cổng vào ra

Thế hệ Simatic S7-200 rất linh hoạt và hiệu quả sử dụng cao do những đặc
tính sau:
-

Có nhiều loại CPU khác nhau trong hệ S7-200 nhằm đáp ứng yêu cầu của khác
nhau của từng úng dụng.

-

Có nhiều Modul mở rộng khác nhau như các Modul ngõ vào/ra tương tự, Modul
ngõ vào/ra số.

-

Modul truyền thông để kết nối PLC trong hệ S7-200 vào mạng Profibus-DP như là
một Slave.

SVTH: Hoàng Anh Tùng

Trang 16


Đồ án tốt nghiệp
-

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Kim Trúc

Modul truyền thông để kết nối PLC trong hệ S7-200 vào mạng AS-I như là một
MASTER.


-

Phần mền STEP7 Mico/win sofwarl.
2.2.4 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 đọc dữ liệu từ các cổng
vào vùng bộ đếm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiên chương trình.Trong từng
vòng quét,chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh
kết thúc (MEND).Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông

nội bộ và kiểm tra lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội
Hình 2.4: Vòng quét (scan) trong S7-200
dung của bộ đếm ảo tới các cổng ra.
4. Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại
1.Nhập
vi dữ liệu từ ngoại vi vào bộ

3. truyền thông và tự kiểm tra lỗi

2. Thực hiện chương trình

Như vậy tại thời điểm vào/ra thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với
cổng vào/ ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số.Việc
truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1và 4 do CPU quản
lý. Khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác,
ngay cả chương trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng
vào/ra.
2.2.5

Cấu trúc chương trình


Có thể lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng một trong những phần mềm
sau :
-STEP7-Micro/ DOS.
-STEP7-Micro/ WIN.
Những phần mềm này đều có thể cài đặt được trên các máy lập trình họ PG7xx và
các máy tính cá nhân (PC).
SVTH: Hoàng Anh Tùng

Trang 17


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Kim Trúc

Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc chương trình chính (main progam)
và sau đó đến các chương trình con và chương trình sử lý ngắt được chỉ ra sau đây:
-

Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND).
Chương trình con là một bộ phận của chương trình, các chương trình con phải

-

được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính đó là lệnh MEND.
Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình. Nếu cần sử dụng
chương trình, cần xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chương

-


trình chính MEND.
Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình
chính.
Sau đó đến ngay các chương trình xử lý ngắt. Bằng cách viết như vậy cấu trúc
chương trình được rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chương trình sau này.
Có thể tự do trộn lẫn các chương trình con và chương trình xử lý ngắt đằng sau
chương trình chính.

2.2.6 Các vùng nhờ của S7-200
Bộ nhớ của S7-200 có tính năng động cao, có thể đọc và ghi được toàn vùng,
ngoại trừ phần các bít nhớ đặc biệt được kí hiệu SM( Special Memory) chỉ có thể
truy cập đọc.
Bộ nhớ có một tụ nhớ để nuôi, duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian
khi mất điện.
SVTH: Hoàng Anh Tùng

Trang
Hình18
4.4 Cấu trúc chương trình PLC S7-200.


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Kim Trúc

Bộ nhớ của s7-200 được chia thành 4 vùng:
-

Vùng nhớ chương trình: Là vùng lưu giữ các lệnh chương trình. Vùng này

thuộc kiêu không bị mất dữ liệu, đọc và ghi được.

-

Vùng nhớ tham số: Là vùng lưu giữ các thông số như: từ khóa, địa chỉ trạm. Có
thể đọc và ghi được.

-

Vùng nhớ dữ liệu: Được sử dụng để lưu trữ các dữ liệu của trương trình.
Vùng dữ liệu được chia thành những vùng nhớ nhỏ vói các công dụng khác nhau.
Chúng được kí hiệu bằng các chữ cái đầu tiếng anh:

-

V: Biến nhớ. V0-v4095
I: Vòng đệm đầu vào. I0.x( x=0-7)-I7.x( x=0-7)
Q: Vòng đệm đầu ra. Q0.x( x=0-7)-Q7.x( x=0-7)
M: Vùng nhớ nội ( bits).M0.x( x=0-7)-M31.x( x= 0-7).
SM: vùng nhớ đặc biệt (bits).
Vùng nhớ chi đọc SM0.x( x=0-7)- SM29.x( x=0-7).
Vùng nhớ đọc/ghi SM30.x( x=0-7)- SM85.x( x=0-7)
2.2.7 Ngôn ngữ lập trình
Có 3 dạng ngôn ngữ lập trình cơ bản đó là:

-

Phương pháp hình thang ( Ladder Logic ) viết tắt là LAD.

-


Phương pháp liệt kê lệnh ( Statemnt List ) viết tắt là STL.

-

Phương pháp theo dạng dữ liệu hình khối( Dât Block) viết tắt là DB.
Nếu chương trình dược viết theo kiểu LAD, thiết bị lập trình sẽ tự tạo ra
một chương trình theo kiểu STL tương ứng. Nhưng ngược lại không phải một
chương trình nào được viết theo kiểu STL cũng có thể chuyển được sang LAD.Ở
trong đồ án em sử dụng phương pháp hình thang(LAD).
LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ.Những thành phần cơ bản dùng
trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng rơle.Trong
chương trình LAD các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic như sau.

-

Tiếp điểm: Là biểu tượng (symbol) mô tả các tiếp điểm của rơ le, các tiếp điểm đó
có thể là thường mở

hoặc thường đóng

.

-

Cuộn dây (coil): Là biểu tượng mô tả các rơ le được mắc theo chiều dòng điện

-

cung cấp cho rơ le.

Hộp (box): Là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có dòng điện
chạy đến hộp. Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các bộ thời

SVTH: Hoàng Anh Tùng

Trang 19


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Kim Trúc

gian (Timer), bộ đếm (Counter) và các hàm toán học. Cuộn dây và các hộp phải
-

được mắc đúng chiều dòng điện.
Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đường
nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải. Đường nguồn bên trái là dây nóng,
đường nguồn bên phải là dây trung hoà hay là đường trở về nguồn cung cấp
(đường nguồn bên phải thường không được thể hiện khi dùng chương trình tiện
dụng STEP7-Mcro/Dos hoặcMicro/Win). Dòng điện chạy từ bên trái qua các tiếp
điểm đóng đến các cuộn dây hoặc các hộ trở về bên phải nguồn.

2.3 Tổng quan phần mềm Win CC
2.3.1 Giới thiệu chung
WinCC (Windows Control Center - Trung tâm điều khiển trên nền Windows),
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 và Windows 2000. Trong dòng
các sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc
thứ hạng SCADA với những chức năng hữu hiệu dành cho việc điều khiển.

Một trong những đặc điểm của WinCC là đặc tính mở. Nó có thể sử dụng một
cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm của người sử dụng, tạo nên
giao diện người - máy đáp ứng nhu cầu thực tế một cách chính xác.Những nhà
cung cấp hệ thống có thể phát triển ứng dụng của họ thông qua giao diện mở của
WinCC như một nền tảng để mở rộng hệ thống.

Hình 2.5: Đặc tính mở của phần mềm WinCC

WinCC kết hợp các bí quyết của hãng Siemens - công ty hàng đầu trong tự động
hoá quá trình và Microsoft - công ty hàng đầu trong việc phát triển phần mềm cho
SVTH: Hoàng Anh Tùng

Trang 20


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Kim Trúc

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 MES (Manufacturing
Excution System - hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất) và ERP (Enterprise
Resource Planning). WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở quy mô toàn cầu nhờ
hệ thống trợ giúp của Siemenscó mặt khắp nơi trên thế giới.
2.3.2 Các đặc điểm chính
a. Sử dụng công nghệ phần mềm tiên tiến
WinCC sử dụng công nghệ phần mềm mới nhất.Nhờ sự cộng tác của Siemens và
Microsoft, người dùng có thể yên tâm với sự phát triển của công nghệ phần mềm
mà Microsoft là người dẫn đầu.

b. 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.
c. Có thể nâng cấp mở rộng dễ dàng từ đơn giản đến phức tạp

WinCC là một module trong hệ thống tự động hoá, 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 tuỳ theo lĩnh vực công nghiệp
hoặc từng yêu cầu công nghệ. Một loạt các module phần mềm mở rộng định
hướng cho từng loại ứng dụng đã được phát triển sẵn để người dùng chọn lựa khi
cần.
d. Cơ sở dữ liệu ODBC/SQL đã được tích hợp sẵn

Cơ sở dữ liệu Sysbase SQL đãđược tích hợp sẵn trong WinCC.Tất cả các dữ liệu
về cấu hình hệ thống và các dữ liệu của quá trình điều khiển đựơc lưu giữ trong cơ
sở dữ liệu này.Người dùng có thể dễ dàng truy cập tới cơ sở dữ liệu của WinCC
bằng SQL (Structured Query Language) hoặc ODBC (Open Database

SVTH: Hoàng Anh Tùng

Trang 21


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Kim Trúc


Connectivity).Sự truy cập này cho phép WinCC chia sẻ dữ liệu với các ứng dụng
và cơ sở dữ liệu khác chạy trên nền Windows.
e. Các giao thức chuẩn mạnh (DDE, OLE, ActiveX, OPC)

Các giao diện chuẩn như DDE và OLE dùng cho việc chuyển dữ liệu từ các
chương trình chạy trên nền Windows cũng là những tính năng của WinCC. Các
tính năng như ActiveX control và OPC server và client cũng được tích hợp sẵn.
f.

Ngôn ngữ vạn năng

WinCC được phát triển dùng ngôn ngữ lập trình chuẩn ANSI-C.
Giao diện lập trình API mở cho việc truy cập tới các hàm của WinCC và dữ

g.

liệu:
Tất cả các module của WinCC đều có giao diện mở cho giao diện lập trình dùng
ngôn ngữ C (C programming interface, C-API).Điều đó có nghĩa là người dùng có
thể tích hợp cả cấu hình của WinCC và các hàm thực hiện (runtime) vào một
chương trình của người sử dụng.
h. Cài đặt phần mềm với khả năng lựa chọn ngôn ngữ

Phần mềm WinCC được thiết kế trên cơ sở nhiều ngôn ngữ.Nghĩa là, người dùng
có thể chọn tiếng Anh, Pháp, Đức hay thậm chí các ngôn ngữ châu á làm ngôn ngữ
sử dụng.Các ngôn ngữ này cũng có thể thay đổi trực tuyến.
i.

Giao tiếp với hầu hết các loại PLC


WinCC có sẵn các kênh truyền thông để giao tiếp với các loại PLC của Siemens
như SIMATIC S5/S7/505 cũng như thông qua các giao thức chung như
PROFIBUS DP, DDE hay OPC. Thêm vào đó, các chuẩn thông tin khác cũng có
sẵn như là những lựa chọn hay phần bổ sung.
j.

WinCC như một phần tử của hệ thống Tự động hoá tích hợp toàn diện (Totally
Integrated Automation-TIA)

SVTH: Hoàng Anh Tùng

Trang 22


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Kim Trúc

WinCC đóng vai trò như cửa sổ hệ thống và là phần tử trung tâm của hệ.Nó cũng
chính là phần tử SCADA trong hệ thống PCS 7 của Siemens.
2.3.3 Các cấu hình hệ thống cơ bản
WinCC có thể hỗ trợ các cấu hình hệ thống từ thấp đến cao, ví dụ như trong các
cấu hình như sau:
-

Hệ thống điều khiển dùng một máy tính (Sing-user system)

-


Hệ thống điều khiển dùng nhiều máy tính (Multi-user system)

-

Cấu trúc Client/Server có dự phòng

-

Cấu trúc hệ thống phân tán với nhiều trạm chủ (server)

a.

2.3.4 Các chức năng SCADA cơ bản
Giao diện người sử dụng
Không phụ thuộc vào các ứng dụng nhỏ hay lớn, đơn giản hay phức tạp, dùng
WinCC ta có thể thiết kế ra các giao diện cho người sử dụng để phục vụ cho việc
điều khiển và tối ưu hoá quá trình sản xuất.
WinCC có một bộ công cụ thiết kế giao diện đồ hoạ mạnh như các Toolbox, các
Control, các OCX được đặt dễ dàng trên của sổ thiết kế.
Giao diện người sử dụng cho phép hiển thị quá trình hội thoại giữa người điều
khiển và quá trình điều khiển một cách linh hoạt và phụ thuộc vào nhu cầu của quá
trình điều khiển. Màn hình điều khiển có thể thể hiện quá trình công nghệ một
cách toàn cảnh, qui trình công nghệ chính hoặc một cụm công nghệ nào đó cần
theo dõi. Tính năng này được hỗ trợ bởi Split Screen Wizard. Các hình ảnh của
quá trình điều khiển có thể cấu trúc theo sơđồ hình cây để có thể theo dõi quá trình
một cách tổng thể. Việc chia các hình ảnh này được hỗ trợ bởi Picture Tree
Manager một cách tiện lợi. Tại đây ta có thể dùng chuột để di chuyển một hình
ảnh từ một ví trí này đến một vị trí khác trên sơđồ hình cây.WinCC có thể ghi nhớ
các giá trị của các biến.Và cũng như vậy, nó cũng có thể ghi nhận ngày tháng, thời
gian, người sử dụng, giá trị cũ và mới.Vì thế diễn biến của những quá trình có tính

chất kịch tính có thể được tái tạo lại phục vụ cho mục đích phân tích.

SVTH: Hoàng Anh Tùng

Trang 23


Đồ án tốt nghiệp
b.

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Kim Trúc

Quyền truy nhập hệ thống và công tác quản trị người sử dụng
WinCC chỉ cho phép những người được uỷ quyền truy cập vào hệ thống. Có tới
1000 mức truy cập khác nhau cho phép phân chia quyền truy cập và can thiệp vào
hệ thống ở mức độ khác nhau. Mật khẩu (password) và tên người sử dụng (user
name) xác định quyền truy cập của mỗi người.Điều này cũng có thể được định
nghĩa lại trong quá trình vận hành hệ thống.Một công cụ có tên là “User
Administrator” (Quản trị người sử dụng) được dùng để thoả mãn mục đích
này.Quyền truy cập sẽ hết hiệu lực nếu thời hạn cho phép đã kết thúc.

c.

Chuyển đổi ngôn ngữ sử dụng
Một vài ngôn ngữ có thể được xác lập trong quá trình cài đặt để làm ngôn ngữ sử
dụng của một dự án.Trong quá trình vận hành, người sử dụng chỉ việc nhấn chuột
vào một hộp thoại để thay đổi ngôn ngữ sử dụng.

2.3.5 Các chức năng cơ bản
a. Hệ thống đồ hoạ (Graphics System)

Hệ thống đồ hoạ của WinCC xử lý tất cả các đầu vào và đầu ra thể hiện trên màn
hình trong quá trình vận hành.Khả năng hiển thị thông tin điều khiển dưới dạng đồ
hoạ được thực hiện bởi một module chương trình có tên gọi là Graphics Designer.
Công cụ này có thể cung cấp các công cụ có sẵn như:
-

Các hình vẽ của các phần tử tiêu biểu (như bơm, van, động cơ, silô...)

-

Các phím, hộp thoại, thanh trượt...

-

Các màn hình ứng dụng và màn hình hiển thị

-

Các đối tượng OLE, ActiveX

-

Các trường vào, ra

-

Các thanh trạng thái và các hiển thị theo nhóm.

-


Các đối tượng đãđược thay đổi để phù hợp với nhu cầu của người sử dụng.
Người xây dựng hệ thống có thể thể hiện qui trình công nghệ mà mình điều khiển
bằng đồ họa. Việc định nghĩa các tính chất cơ bản của các đồ hoạ như: hình dáng
hình học, màu sắc, kiểu hoa văn,... có thể được thực hiện dễ dàng bằng cách sử
dụng các công cụ thiết kế đồ hoạ có sẵn.

SVTH: Hoàng Anh Tùng

Trang 24


Đồ án tốt nghiệp
b.

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Kim Trúc

Hệ thống thông báo (Message System)
Hệ thống thông báo của WinCC cung cấp thông tin đầy đủ về các lỗi và trạng thái
nói chung trong quá trình hoạt động. Nó thể hiện các thông báo lúc hiện tại cũng
như trong quá khứ. Các thông báo này giúp người vận hành sớm phát hiện ra các
sự cố để khắc phục kịp thời, tránh được các sự cố. Ta có thể tự do lựa chọn các
khối thông báo, các thứ hạng thông báo, các dạng thông báo, các kiểu hiển thị
thông báo.
Một thông báo gồm các khối thông báo có chứa các giá trị của quá trình.Mỗi
thông báo được sắp đặt tại một tệp tin (file) bao gồm 16 thứ hạng thông báo
(message classes) và 16 loại thông báo (message type) cho mỗi thứ hạng thông
báo.Điều đó có nghĩa là: có thể phân biệt các thông báo thuộc loại cảnh báo, nhắc
nhở, báo lỗi, hoạt động sai chức năng,... cho các vùng khác nhau của hệ thống.

c. Chức năng thu thập dữ liệu (Tag Logging)


Chức năng này được sử dụng để thu thập các dữ liệu của quá trình công nghệ để
hiển thị chúng và lưu trữ. Ta có thể tự do định dạng các dữ liệu khi lưu trữ chúng.
Các giá trị của quá trình được thể hiện bằng bảng trực tuyến (Online Table) và đồ
thị. Trong việc này Tag Logging Editor cho phép ta thu thập dữ liệu và biểu diễn
theo cách mà ta muốn.
Các phương pháp thu thập và lưu trữ dữ liệu:
-

Liên tục theo chu kỳ (Cyclical logging): các giá trị được thu thập một cách liên tục
theo chu kỳ và trong trật tự thời gian.

-

Theo chu kỳ chọn lựa (selective logging): quá trình thu thập dữ liệu chỉ bắt
đầu khi xảy ra một sự kiện nào đó và kết thúc khi sự kiện đó chấm dứt. Ví dụ, quá
trình thu thập dữ liệu sẽ tiến hành khi có những sự kiện sau:
+ Thay đổi giá trị của một biến nhị phân
+ Giá trị của một biến tương tự vượt quá một ngưỡng cho trước
+ Tại một điểm thời gian định trước
+ Tác động của bàn phím hoặc chuột
+ Có lệnh của hệ thống máy tính cấp cao hơn

SVTH: Hoàng Anh Tùng

Trang 25