ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: HOÀNG ĐÌNH LONG _____________________________________________________________________ LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường: ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM đã tận tình dạy dỗ, chỉ bảo, truyền đạt những kiến thức mới và bổ ích cho chúng em. Đặt biệt thầy cô khoa Công Nghệ Điện Tử đã trực tiếp giảng dạy chúng em trong suốt thời gian vừa qua. Xin chân thành cảm ơn thầy HOÀNG ĐÌNH LONG đã hết lòng hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Sinh viên Hàn Trần Minh Tuấn __________________________________________________________________ SVTH: HÀN TRẦN MINH TUẤN 1 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: HOÀNG ĐÌNH LONG _____________________________________________________________________ __________________________________________________________________ SVTH: HÀN TRẦN MINH TUẤN 2 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: HOÀNG ĐÌNH LONG _____________________________________________________________________ __________________________________________________________________ SVTH: HÀN TRẦN MINH TUẤN 3 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: HOÀNG ĐÌNH LONG _____________________________________________________________________ Lời nói đầu Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, nước ta đã và đang xây dựng ngày càng nhiều nhà máy đa dạng về công nghệ. Ứng dụng công nghệ tự động vào trong sản xuất là nhu cầu tất yếu của Việt Nam, một nước đang trên đường phát triển và hội nhập cùng thế giới. Ngành tự động hóa cũng không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu của sản xuất. Tự động hóa trong quá trình sản xuất đã và đang được ứng dụng rộng rãi vào các ngành sản xuất đem lại rất nhiều ưu điểm như: nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất, giảm giá thành sản phẩm, từng bước thay thế dần sức lao động của con người góp phần không nhỏ vào sự phát triển của đất nước. Tại Việt Nam, ngành tự động hóa đã có nhiều bước tiến vượt bậc. Các hệ thống thu thập, giám sát, xử lí và điều khiển các quá trình công nghiệp Scada (Supervisory Control And Data Acquision) đã xuất hiện ngày càng nhiều trong các lĩnh vực như: công-nông nghiệp, dầu khí, năng lượng, hàng không, công nghệ sinh học, y học, môi trường và nhiều lĩnh vực khác. Các module điều khiển lập trình cỡ nhỏ như Zen, Logo, PLC… cùng với các Panel, màn hình cảm ứng có thể điều khiển và lập trình ngày càng sử dụng rộng rãi giúp việc điều khiển ngày càng nhanh và dễ. HMI(Human Machine Interface) là giao diện giữa người và máy, là một hệ thống dùng để người dùng giao tiếp,thông tin qua lại giữa người (ở đây hiểu là người trực tiếp vận hành hệ thống) với hệ thống điều khiển thông qua bất kỳ mọi hình thức. HMI cho phép người dùng theo dõi, ra lệnh điều khiển toàn bộ hệ thống. HMI có giao diện đồ họa, giúp cho người dùng có cái nhìn trực quan về tình trạng của hệ thống. Ví dụ như những chương trình nhập liệu, báo cáo, văn bản, hiển thị LED, khẩu lệnh bằng giọng nói…Do đó HMI ngày nay được ứng dụng rất rộng rãi và dần trở thành công cụ chính trong các hệ thống tự động. __________________________________________________________________ SVTH: HÀN TRẦN MINH TUẤN 4 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: HOÀNG ĐÌNH LONG _____________________________________________________________________ Tuy nhiên việc lập trình và điều khiển những hệ thống này cần một đội ngũ kỹ sư, cán bộ kỹ thuật lành nghề, sử dụng thành thạo thiết bị và phần mềm giao tiếp người và máy (HMI) để có thể khai thác hiệu quả trong sản xuất. Hiện nay có rất nhiều phần mềm hỗ trợ việc lập trình giao tiếp người và máy như: WinCC 6.0, WinCC 7.0, ProTool CS, ProTool RT, WinCC Flexible 2005, WinCC Flexible 2008… Tuy nhiên trong bài báo cáo này chỉ đề cập đến phần mềm WinCC Flexible 2008 là một phần mềm lập trình cho HMI tương đối mạnh có nhiều chức năng hữu ích trong một hệ thống tự động và rất linh hoạt(bản thân từ flexible đã có nghĩa là linh hoạt rồi) như: hiển thị hình ảnh hệ thống trực quan,giao diện điều khiển mạnh, có khả năng tạo thông điệp, báo cáo, chức năng lưu trữ dữ liệu an toàn(bảo mật)… tuy nhiên vẫn còn nhiều mới mẽ chưa nhiều người nghiên cứu. __________________________________________________________________ SVTH: HÀN TRẦN MINH TUẤN 5 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: HOÀNG ĐÌNH LONG _____________________________________________________________________ Phần A : Tìm hiểu phần mềm WinCC flexible 2008 Chương 1: khái niệm điều khiển hệ thống HMI với WinCC flexible: I/ Giới thiệu 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,… Bộ truyền và cảm biến trước kia đều không có HMI, nhiều thiết bị trong số đó thậm chí không có cả một HMI đơn giản như một hiển thị đơn thuần. Rất nhiều trong số đó không có hiển thị, chỉ với một tín hiệu đầu ra. Một số có một HMI thô sơ: một hiển thị ASCII đơn hoặc hai dòng ASCII với một tập hợp các arrow cho lập trình, hoặc 10 phím nhỏ. Có rất ít các thiết bị hiện trường, cảm biến và bộ phân tích từng có bảng HMI thực sự có khả năng cung cấp hình ảnh đồ họa tốt, có cách thức nhập dữ liệu và lệnh đơn giản, dễ hiểu, đồng thời cung cấp một cửa sổ có độ phân giải cao cho quá trình lập trình. HMI sử dụng toàn bộ máy tính và màn hình hiển thị thì hạn chế đối với các phòng điều khiển bởi vì mạch máy tính, màn hình và ổ đĩa dễ hỏng. Vỏ bọc được phát triển để giúp cho HMI sử dụng máy tính có thể định vị bên ngoài sàn nhà máy, nhưng rất rộng, kềnh càng và dễ hỏng do sức nóng, độ ẩm, sự rửa trôi và các sự cố khác ở sàn nhà máy. HMI máy tính trước đây cũng tiêu thụ rất nhiều điện năng. Một máy tính “desktop” thông thường trong những năm 80 của thế kỷ 20 có công suất 200 W. Khi các quá trình ở sàn nhà máy được tự động hóa nhiều hơn, người điều khiển cần có thêm nhiều thông tin về quá trình, và yêu cầu về hiển thị và điều khiển nội bộ trở nên phức tạp hơn. Một trong những đặc điểm tiến bộ trong lĩnh vực này là hiển thị dạng cảm ứng. Điều này giúp cho người điều khiển chỉ cần đơn giản ấn từng phần của hiển thị có một “nút ảo” trên thiết bị để thực hiện hoạt động hay nhận hiển thị. Nó cũng loại bỏ yêu cầu có bàn phím, chuột và gậy điều khiển, ngoại trừ công tác lập trình phức tạp ít gặp có thể được thực hiện trong quá trình thiết kế. Một ưu điểm khác nữa của HMI hiện đại là hiển thị dạng tinh thể lỏng. Nó chiếm ít không gian hơn, mỏng hơn hiển thị dạng CRT , và do đó có thể được sử dụng __________________________________________________________________ SVTH: HÀN TRẦN MINH TUẤN 6 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: HOÀNG ĐÌNH LONG _____________________________________________________________________ trong những không gian nhỏ hơn. 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. II. Các thiết bị HMI truyền thống: 1.HMI truyền thống bao gồm: • Thiết bị nhập thông tin: công tắc chuyển mạch, nút bấm… • Thiết bị xuất thông tin: đèn báo, còi, đồng hồ đo, các bộ tự ghi dùng giấy. 2. Nhược điểm của HMI truyền thống: • Thông tin không đầy đủ. • Thông tin không chính xác. • Khả năng lưu trữ thông tin hạn chế. • Độ tin cậy và ổn định thấp. • Đối với hệ thống rộng và phức tạp: độ phức tạp rất cao và rất khó mở rộng. III. Các thiết bị HMI hiện đại: Do phát sự phát triển của Công nghệ thông tin và Công nghệ Vi điện tử, HMI ngày nay sử dụng các thiết bị tính toán mạnh mẽ. 1. HMI hiện đại chia làm 2 loại chính: • HMI trên nền PC và Windows/MAC: SCADA. • HMI trên nền các máy tính nhúng: HMI chuyên dụng • Ngoài ra còn có một số loại HMI biến thể khác MobileHMI dùng Palm, PoketPC. 2. Các ưu điểm của HMI hiện đại: • Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thông tin. • Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ xung thông tin cần thiết. • Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa. • Tính “Mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều __________________________________________________________________ SVTH: HÀN TRẦN MINH TUẤN 7 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: HOÀNG ĐÌNH LONG _____________________________________________________________________ loại giao thức. • Khả năng lưu trữ cao. 3. Các thành phần của HMI: • Phần cứng: • Màn hình: • Các phím bấm • Vi xử lí: CPU,ROM,RAM,EPROM/Flash, … • Phần Firmware: • Các đối tượng • Các hàm và lệnh • Phần mềm phát triển: • Các công cụ xây dựng HMI. • Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối. • Các công cụ mô phỏng • Truyền thông: • Các cổng truyền thông. • Các giao thức truyền thông 5. Các thông số đặc trưng của HMI: • Độ lớn màn hình: quyết định thông tin cần hiển thị cùng lúc của HMI. • Dung lượng bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, Flash dữ liệu: quyết định số lượng tối đa biến số và dung lượng lưu trữ thông tin. • Số lượng các phím và các phím cảm ứng trên màn hình: khả năng thao tác vận hành. • Chuẩn truyền thông, các giao thức hỗ trợ. • Số lượng các đối tượng, hàm lệnh mà HMI hỗ trợ. • Các cổng mở rộng: Printer, USB , CF, PCMCIA, PC100 6. Quy trình xây dựng hệ thống HMI: a. Lựa chọn phần cứng: • Lựa chọn kích cở màn hình: trên cơ sở số lượng thông số/thông tin cảm biến hiển thị đồng thời. nhu cầu về đồ thị, đồ họa(lưu trình công nghệ ). • Lựa chọn số phím cứng, số phím cảm ứng tối đa cùng sử dụng cùng lúc. __________________________________________________________________ SVTH: HÀN TRẦN MINH TUẤN 8 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: HOÀNG ĐÌNH LONG _____________________________________________________________________ • Lựa chọn các cổng mở rộng nếu có nhu cầu in ấn, đọc mã vạch, kết nối các thiết bị ngoại vi khác. • Lựa chọn dung lượng bộ nhớ: theo số lượng thông số cần thu thập số liệu, lưu trữ dữ liệu, số lượng trang màn hình cần hiển thị b. Xây dựng giao diện: • Cấu hình phần cứng: chọn phần cứng, chuẩn giao thức • Xây dựng các màn hình. • Gán các biến số (tag) cho các đối tượng. • Sử dụng các đối tượng đặc biệt. • Viết các chương trình script (tùy chọn). • Mô phỏng và chỉnh sửa chương trình. • Nạp phần mềm xuống HMI. IV/ Các hệ thống HMI: Trên thực tế các HMI có rất nhiều dạng khác nhau: có thể được sử dụng riêng biệt chỉ 1 HMI điều khiển một bộ điều khiển(ở đây có thể hiểu là một hệ thống PLC với plc S7-300/400 là trung tâm), 1 HMI điều khiển nhiều bộ điều khiển, nhiều HMI liên kết vối nhau… _ 1 HMI điều khiển trực tiếp 1 bộ điều khiển thông qua PROFIBUS __________________________________________________________________ SVTH: HÀN TRẦN MINH TUẤN 9 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: HOÀNG ĐÌNH LONG _____________________________________________________________________ _ 1 HMI điều khiển nhiều bộ điều khiển thông PROFIBUS _ Hệ thống HMI điều khiển tập trung: các HMI được kết nối với nhau qua phương thức truyền Ethernet về máy tính trung tâm __________________________________________________________________ SVTH: HÀN TRẦN MINH TUẤN 10 [...]... thiệu phần mềm WinCC Flexible 2008 : I Giới thiệu: Phần mềm WinCC Flexible 2008 (WinCC viết tắt của từ Windows Control Center- hệ thống điều khiển trung tâm, flexible- linh hoạt) là phần mềm chuyên dụng để thiết kế các hệ thống HMI trong tự động hóa công nghiệp của hãng SIEMENS và là công cụ thay thế cho phần mềm ProTool sẽ không còn phát hành (bản cuối cùng là ProTool 6.0 SP3) WinCC Flexible 2008 tương... flexible 2008 là phần mềm thiết kế giao diện HMI cần thiết không thể thiếu trong các hệ thống tự động hóa phức tạp và hiện đại II/Các thành phần và chức năng cơ bản trong phần mềm WinCC flexible 2008: Cửa sổ chính của phần mềm (Control Center) chứa tất cả các chức năng cho toàn hệ thống, trong cửa sổ này có thể đặt cấu hình và khởi động chức năng Runtiem (mô phỏng hệ thống thời gian thực) ... Interface) của hệ điều hành Ngoài ra, còn có thể kết hợp WinCC flexible 2008 và các công cụ phát triển riêng như: Visual C++ hay Visual Bacis để tạo ra hệ thống có tính đặc thù cao, tinh vi, gắn riêng với cấu hình cụ thể nào đó Do có tính chất mở và thường xuyên được cập nhật, phát triển nên WinCC Flexible 2008 có thể lập trình cho các hệ thống HMI mới nhất trên thị trường và sản xuất WinCC flexible 2008 có... đặt cấu hình dữ liệu gồm: biên dịch hình vẽ, mô phỏng tag, hiển thị trạng thái và thiết lập báo cáo _Báo cáo trạng thái hệ thống _Tạo và soạn thảo các dữ liệu giữa các phần mềm đan chéo có liên quan Các thành phần cơ bản của Control Center WinCC flexible Engineering System: là thành phần cơ bản và quan trọng nhất có nhiệm vụ thiết kế và lập trình một hệ thống HMI 14... phần cứng của hệ thống Giao diện HMI cũng có thể giúp người vận hành giám sát quá trình sản xuất một cách dễ dàng và nhanh chóng, báo động hệ thống khi có sự cố Từ máy tính trung tâm, có thể điều khiển sự hoạt động toàn bộ dây chuyền sản xuất được lập trình trên WinCC flexible 2008 Dựa trên HMI có thể giám sát tất cả các dữ liệu vào/ra(I/O) một cách chính xác Do đó WinCC flexible 2008 là phần mềm thiết. .. hoạt động của hệ thống Chức năng cho phép chúng ta quan sát và điều khiển sự hoạt động của hệ thống một cách dễ dàng và có thể lưu trữ những giá trị này về sau I/Khái niện biến trong WinCC flexible 2008: Biến (tags) : là phần tử trung tâm để truy nhập các giá trị của quá trình Trong một dự án, chúng nhận một tên và một kiểu dữ liệu duy nhất Kết nối logicđược gán với biến của WinCC flexible Kết nối này... tạo và kết nối quá trình bằng hình vẽ, đồ thị Bao gồm cửa sổ để thiết kế hệ thống Thang công cụ Tools: chứa tất cả công cụ để vẽ một hệ thống tự động _ 15 SVTH: HÀN TRẦN MINH TUẤN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: HOÀNG ĐÌNH LONG _ 2.Commucation: kết nối và xử lý dữ liệu của quá trình Một kết nối logic mô tả giao diện giữa hệ thống tự động và. .. sản xuất _ Mô phỏng bằng hình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình hoạt động một cách trực quan giúp hệ thống dễ kiểm tra và sửa chữa _ Ngoài ra WinCC flexible 2008 còn cung cấp nhiều chức năng khác như: hiển thị các thông báo hay báo cáo trong quá trình bằng số liệu hay đồ họa, xử lí thông tin đo lường, các bảng ghi báo cáo… WinCC flexible 2008 cho phép người sử dụng có khả năng truy cập vào các hàm... Windows DLL và được liên kết động với hệ thống Mỗi kết nối thực hiện việc truy nhập các kiểu tham số kết nối đặc biệt với các phương thức kết nối đặc trưng cho từng thiết bị điều khiển như: Ethernet, Profibus… Trong WinCC flexible có thể thực hiện nhiều kết nối cùng lúc (có nghĩa là 1 HMI có thể điều khiển cùng lúc nhiều thiết bị điều khiển) Quản lý dữ liệu của WinCC flexible 2008 đòi hỏi các giá trị... _ II/Kết nối giữa PLC và WinCC flexible: Chương trình WinCC flexible cho phép chúng ta có thể kết nối máy tính với PLC để lấy dữ liệu từ các ngõ vào, ngõ ra của PLC để xử lý, hiện thị trên màn hình điều khiển hay xuất giá trị đã qua xử lý của chương trình ra những ngõ ra của PLC để thực hiện những công việc trên mô hình thực tế Một kệt nối trong WinCC flexible được thực hiện như một Windows DLL và được . thiệu phần mềm WinCC Flexible 2008 : I. Giới thiệu: Phần mềm WinCC Flexible 2008 (WinCC viết tắt của từ Windows Control Center- hệ thống điều khiển trung tâm, flexible- linh hoạt) là phần mềm. LONG _____________________________________________________________________ Phần A : Tìm hiểu phần mềm WinCC flexible 2008 Chương 1: khái niệm điều khiển hệ thống HMI với WinCC flexible: I/ Giới thiệu HMI : HMI là từ viết tắt. trình trên WinCC flexible 2008. Dựa trên HMI có thể giám sát tất cả các dữ liệu vào/ra(I/O) một cách chính xác. Do đó WinCC flexible 2008 là phần mềm thiết kế giao diện HMI cần thiết không