TỔNG QUAN
Giới thiệu về đề tài nghiên cứu
1.1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Thời gian qua, sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam gặp nhiều khó khăn do thời tiết, dịch bệnh, và suy thoái kinh tế, cùng với giá cả nông sản bấp bênh và sự cạnh tranh từ hàng hóa nước ngoài chất lượng tốt hơn và giá rẻ hơn Bên cạnh đó, giá vật tư đầu vào không ổn định và có xu hướng tăng cao Người tiêu dùng hiện đang cần những sản phẩm nông nghiệp sạch, chất lượng cao mà không phải chi quá nhiều tiền cho sản phẩm nhập khẩu Ngành nông nghiệp vẫn giữ vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế, với cơ hội mở rộng thị trường và xuất khẩu sản phẩm ra thế giới, nhưng cũng đối mặt với nhiều thách thức.
Việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm là nhiệm vụ cấp bách để phục hồi nền nông nghiệp Việt Nam Để đạt được điều này, cần phát triển nông nghiệp bền vững, nhằm sản xuất ra những sản phẩm nông nghiệp đạt tiêu chuẩn quốc tế.
Chúng em đã quyết định nghiên cứu đề tài "phát triển nông nghiệp công nghệ cao", với trọng tâm là “Mô hình trồng cây nông nghiệp trong nhà kính” nhằm tối ưu hóa sản xuất và nâng cao hiệu quả trong lĩnh vực nông nghiệp.
Trong các hệ thống sản xuất, hệ thống điều khiển có vai trò quan trọng trong việc phối hợp hoạt động của máy móc thiết bị Những hệ thống này thường phức tạp, yêu cầu điều khiển nhiều đại lượng vật lý để hoạt động đồng bộ theo quy trình công nghệ nhất định nhằm tạo ra sản phẩm mong muốn Trước đây, hệ thống điều khiển logic rơ-le được sử dụng, nhưng từ năm 1969, với sự ra đời của bộ điều khiển logic khả lập trình PLC, hệ thống này đã dần được thay thế Sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ cũng đã dẫn đến việc phát triển các phần mềm kết hợp với phần cứng như PLC, tạo ra các hệ thống hoàn hảo cho sản xuất và sinh hoạt, trong đó phần mềm WinCC là một ví dụ tiêu biểu.
Hiện nay, sự kết hợp giữa PLC và WinCC đang thu hút sự quan tâm của nhiều chuyên gia, kỹ sư thiết kế, kỹ thuật viên và công nhân bậc cao, nhằm nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế.
Nhu cầu thực tế trong việc điều khiển hệ thống nuôi trồng cây nông nghiệp bằng PLC đã thúc đẩy việc tạo giao diện giao tiếp sử dụng WinCC, với sự hướng dẫn tận tình từ thầy.
Chúng em, dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Hùng, đã chọn đề tài “Mô hình trồng cây nông nghiệp sử dụng PLC điều khiển” cho luận văn tốt nghiệp Mục tiêu của đề tài là trang bị những kiến thức cơ bản và cần thiết về PLC, cũng như thiết kế giao tiếp trên máy tính để tự động hóa hệ thống nuôi trồng cây nông nghiệp công nghệ cao.
1.1.2.1 Tình hình phát triển nông nghiệp công nghệ cao của thế giới
Từ giữa thế kỷ XX, các nước phát triển đã chú trọng xây dựng các khu nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao để thúc đẩy sáng tạo khoa học và công nghệ, góp phần vào sự phát triển kinh tế Đến đầu những năm 80, Hoa Kỳ đã có hơn 100 khu khoa học công nghệ, cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực này.
Tính đến năm 1988, đã có 38 khu vườn khoa học công nghệ với sự tham gia của hơn 800 doanh nghiệp Đến năm 1996, Phần Lan đã phát triển 9 khu khoa học nông nghiệp công nghệ cao Các khu này chủ yếu được đặt tại các khu vực có trường đại học và viện nghiên cứu, nhằm nhanh chóng ứng dụng các thành tựu khoa học công nghệ mới và kết hợp với kinh nghiệm kinh doanh của doanh nghiệp, tạo nên một khu khoa học đa chức năng bao gồm nghiên cứu ứng dụng, sản xuất, tiêu thụ và dịch vụ.
Nhiều nước và khu vực lãnh thổ ở Châu Á đang chuyển đổi từ nền nông nghiệp dựa vào số lượng sang nền nông nghiệp chất lượng, ứng dụng công nghệ sinh học, tự động hóa, cơ giới hóa và tin học hóa Sự chuyển mình này nhằm tạo ra sản phẩm nông nghiệp có chất lượng cao, an toàn và hiệu quả.
Công nghệ trồng cây trong nhà kính, hay còn gọi là nhà màng, sử dụng mái polyethylen thay cho kính, đã được phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu để canh tác rau và hoa Mỗi vùng miền có những thiết kế nhà kính và hệ thống điều khiển khác nhau, phù hợp với điều kiện khí hậu cụ thể, với các hệ thống có thể hoạt động tự động hoặc bán tự động Tuy nhiên, ở những khu vực thường xuyên chịu ảnh hưởng của thiên tai như bão lũ hay động đất, cần cân nhắc kỹ lưỡng giữa lợi ích và chi phí do rủi ro có thể xảy ra.
1.1.2.2 Tình hình của nước ta
Trong những năm gần đây, thực hiện Quyết định 176/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về phát triển nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao đến năm 2020, các tỉnh, thành phố trên toàn quốc đang tích cực xây dựng các khu nông nghiệp công nghệ cao Đồng thời, nhiều vùng sản xuất nông nghiệp cũng được hình thành, tập trung vào việc áp dụng công nghệ cao trong mô hình sản xuất nông nghiệp.
Lâm Đồng được xem là một trong những địa phương tiên phong trong lĩnh vực nông nghiệp công nghệ cao, hiện đang dẫn đầu về việc ứng dụng công nghệ cao trong sản xuất nông sản hàng hóa Từ những năm gần đây, tỉnh đã có những bước tiến vượt bậc trong việc áp dụng công nghệ mới nhằm nâng cao năng suất và chất lượng nông sản.
Từ năm 1990, Lâm Đồng đã xác định nông nghiệp công nghệ cao là một trong những yếu tố then chốt cho sự phát triển đột phá, với nhiều mô hình nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao được hình thành và hoạt động hiệu quả.
Nhà kính là giải pháp lý tưởng cho nông nghiệp bền vững, cho phép kiểm soát chặt chẽ các yếu tố sản xuất như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, khí oxy và carbonic Việc tối ưu hóa đất canh tác giúp cây trồng phát triển tốt hơn, đồng thời kiểm soát tình hình sâu bệnh, từ đó đạt được sản lượng tối đa.
Các kết quả đạt được sau khi nghiên cứu
Hiểu rõ hơn về việc thiết lập cài đặt thông số trong PLC
Hiểu rõ nguyên lý hoạt động của hệ thống kết nối và truyền dữ liệu giữa PLC và các cổng truyền thông là rất quan trọng để giám sát hệ thống qua Internet, sóng điện thoại, 3G Cần phát triển một giải pháp mới để cải tiến mô hình nhà kính trồng cây, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp.
Chúng tôi đang bắt đầu xây dựng một hệ thống PLC hoàn chỉnh, bao gồm việc lập trình điều khiển PLC và thiết kế giao diện WinCC linh hoạt Mục tiêu của chúng tôi là hiểu rõ hơn về các vấn đề liên quan đến PLC và phần mềm WinCC, bao gồm cấu hình phần cứng, tập lệnh PLC, WinCC, xây dựng lưu đồ và viết chương trình điều khiển hệ thống, cũng như các giao thức kết nối giữa chúng.
Hình 1.4 Mô hình nhà kính thông minh, nguồn internet
THIẾT KẾ CƠ KHÍ CỦA MÔ HÌNH
Tổng quan
2.1.1 Giới thiệu về mô hình nhà kính
2.1.1.1 Lịch sử phát triển của mô hình nhà kính trồng cây nông nghiệp;
Lịch sử nhà kính trồng rau hoa đã tồn tại từ lâu, với nguồn gốc từ người La Mã cổ đại, họ đã sáng tạo ra nhà kính đầu tiên bằng vật liệu tương tự kính và mica để trồng trái cây và rau quanh năm Ngày nay, ứng dụng nhà kính đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của ngành nông nghiệp.
Nhà kính là cấu trúc sử dụng vật liệu trong suốt hoặc bán trong suốt, được hỗ trợ bởi khung sắt hoặc tre, nhằm tạo ra môi trường tối ưu cho cây trồng phát triển trong một khu vực xác định.
Cụ thể ,ở đây vật liệu bao phủ là kính ,mica,hoặc tấm nhựa
2.1.2 Cơ sở lựa chọn vật liệu và cấu tạo nhà kính:
Chúng em đã chọn vật liệu khung sương là thép hộp kết hợp với tấm nhựa PE trong suốt để đảm bảo tính ứng dụng cao trong thực tiễn, đáp ứng nhu cầu nghiên cứu và ứng dụng của đề tài.
Thiết kế mô hình
2.2.1.Lên ý tưởng và trình bày phương án thi công: Ý tưởng ban đầu được đưa ra là làm một mô hình có kích thước khá lớn với (dài x rộng x cao )3mx1.5mx2m có cơ cấu rèm che tự động,sử dụng động cơ 3 pha để cung cấp nước cho hệ thống tưới phun,tưới nhỏ giọt và hệ và bể lắng.Hệ thống quạt thông gió,đèn sưởi cây trồng và sử dụng các cảm biến độ ẩm,nhiệt độ,độ PH điều khiển thông qua PLC
Mô hình ban đầu có kích thước quá lớn đã được điều chỉnh để phù hợp với thực tế, đảm bảo vẫn giữ lại những công cụ cần thiết cho nghiên cứu nông nghiệp công nghệ cao tại Việt Nam và trên toàn thế giới.
2.2.2.Cấu tạo và kích thước mô hình:
Hình 2.1 Hình chiếu nhìn từ trên xuống của mô hình
Mô hình nhà kính được thiết kế theo hình chữ nhật với mái là hình tam giác và có các thông số như sau:
Chiều dài mô hình : 1500mm
Chiều rộng mô hình :800mm
Chiều cao mô hình: 1300mm
Hình 2.1 Hình chiếu cạnh của mô hình
Khung mô hình được làm từ thép hộp 20x20mm và 30x30mm, hàn cố định thành các modul có thể lắp ghép với nhau bằng bulong, giúp dễ dàng di chuyển và tháo rời Phần chân của mô hình được trang bị bốn bánh xe để thuận tiện trong việc di chuyển Ngoài ra, mô hình còn có khung đỡ cho hệ thống bơm và bồn nước tưới cây, được tích hợp để tăng tính tiện lợi và nhỏ gọn.
Hình 2.3 Mô hình không gian của đề tài
Mô hình được bao phủ bởi tấm lợp sáng, giúp thu nhận ánh sáng mặt trời và duy trì nhiệt độ ổn định, phù hợp với nhiều loại cây trồng Điều này không chỉ tăng cường hiệu quả mà còn nâng cao tính ứng dụng của mô hình trong thực tiễn nhà kính hiện nay.
Ngoài ra mô hình còn có hệ thống thanh trượt,cơ cấu bánh răng ,xích tải để thực hiện viện đóng mở rèm che mát tự động
Phần giới thiệu mô hình cơ khí chúng em xin được kết thúc tại đây và sẻ mô tả hoạt động vào phần sau.
THIẾT KẾ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH
Giải thuật điều khiển mô hình
Bắt Đầu Đọc giá trị nhiệt độ, độ ẩm
Mở đèn sưởi + Mở rèm
Mở quạt thông gió + đóng rèm + tắt đèn sửơi Tắt bơm
Sai Sai Đúng Đúng Đúng
T : là nhiệt độ thực tế của cảm biến nhiệt đo được
.tmin : là nhiệt độ cài đặt ở mức thấp
.tmax: là nhiệt độ cài đặt ở mức cao
.hmin: là độ ẩm cài đặt ở mức thấp
.hmax: là độ ẩm cài đặt ở mức cao
Khi mô hình được bật nguồn, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm sẽ gửi tín hiệu về PLC Nếu nhiệt độ vượt quá mức cài đặt tối đa (tmax), màng che sẽ đóng lại và quạt thông gió sẽ hoạt động để làm mát không khí trong nhà kính Ngược lại, nếu độ ẩm thấp hơn mức tối thiểu (hmin), bơm tưới sẽ khởi động sau 20 giây cho đến khi độ ẩm đạt mức tối đa (hmax) Nếu nhiệt độ giảm xuống dưới mức tối thiểu (tmin), đèn sưởi sẽ được bật để tăng nhiệt độ không khí, đồng thời màng che sẽ mở ra và quạt thông gió tắt Quy trình này liên tục diễn ra để duy trì môi trường lý tưởng cho sự phát triển của cây.
TỔNG QUAN VỀ PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM VIẾT CHƯƠNG TRÌNH PLC VÀ GIAO DIỆN HMI ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH
Tổng quan về PLC S7-300
4.1.1.1 Lịch sử phát triển của PLC
Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) được phát triển bởi một nhóm kỹ sư của General Motors vào năm 1968 nhằm thay thế các mạch điều khiển bằng rơ-le cồng kềnh Đến những năm 70, công nghệ PLC đã nổi bật với khả năng điều khiển tuần tự theo chu kỳ và theo bit, nhờ vào sự phát triển của CPU Phần cứng cũng được cải tiến với bộ nhớ lớn hơn và nhiều cổng vào ra hơn Những năm 80 chứng kiến sự chuẩn hóa giao tiếp tự động hóa, giúp PLC nhỏ gọn hơn và dễ dàng lập trình qua máy tính cá nhân Từ những năm 90 đến nay, các giao diện phần mềm mới đã xuất hiện, cho phép lập trình PLC bằng ngôn ngữ cấu trúc lệnh (STL), sơ đồ hình thang (LADDER) và sơ đồ khối (FBD).
Trong bối cảnh công nghiệp ngày càng yêu cầu tự động hóa, kỹ thuật điều khiển cần đáp ứng những yêu cầu này thông qua hai phương pháp: sử dụng rơle và khởi động từ, hoặc thông qua chương trình nhớ Hệ điều khiển bằng rơle khác với hệ điều khiển lập trình có nhớ ở chỗ phương pháp lập trình sử dụng mạch điện tử thay vì rơle và dây nối Thiết bị PLC thực hiện chức năng điều khiển thông qua một chương trình gồm các bước thực hiện xác định, được lưu trữ trong bộ nhớ, do đó được gọi là "điều khiển lập trình có nhớ" Sự khác biệt trong xử lý dữ liệu giữa hai hệ thống này có thể được thể hiện rõ ràng.
Các bước thiết lập sơ đồ điều khiển bằng Rơle:
Xác định nhiệm vụ điều khiển
Sơ đồ mạch điện Chọn phần tử mạch điện Nối dây liên kết các phần tử Kiểm tra chức năng
Hình 4.1: Lưu đồ điều khiển dùng Rơle
Các bước thiết lập sơ đồ điều khiển bằng PLC:
Hình 4.2 Lưu đồ điều khiển bằng PLC
Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển, cần thay đổi mạch điều khiển bằng cách lắp lại mạch và thay thế phần tử mới cho hệ thống điều khiển bằng Rơle điện Ngược lại, khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển, chỉ cần điều chỉnh chương trình soạn thảo trong hệ điều khiển có lập trình nhớ.
Hệ thống điều khiển PLC là tập hợp các thiết bị và linh kiện điện tử đa dạng, đảm bảo tính ổn định, chính xác và an toàn trong sản xuất Các thiết bị này có nhiều chủng loại và công suất khác nhau, từ nhỏ đến lớn Để đáp ứng yêu cầu điều khiển phức tạp trong bối cảnh công nghệ phát triển nhanh chóng, hệ thống cần có mức độ tự động hóa cao Điều này được thực hiện thông qua việc sử dụng hệ lập trình có nhớ PLC kết hợp với máy tính, cùng với các thiết bị ngoại vi như bảng điều khiển, động cơ, cảm biến, tiếp điểm và công tắc tơ.
Khả năng truyền dữ liệu trong hệ thống rất rộng thích hợp cho hệ thống xử lý và cũng rất linh động trong các hệ thống phân phối
Hệ thống PLC không thể nhận biết thế giới bên ngoài mà không có cảm biến, và cũng không thể điều khiển quy trình sản xuất nếu thiếu động cơ, xy lanh, hoặc các thiết bị ngoại vi khác Ngoài ra, các máy tính chủ có thể được sử dụng tại những vị trí quan trọng trong dây chuyền sản xuất để nâng cao hiệu quả điều khiển.
4.1.1.2 So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác a Hệ thống điều khiển PLC điển hình:
Trong hệ thống điều khiển PLC, các phần tử nhập tín hiệu như chuyển mạch, nút ấn và cảm biến được kết nối với đầu vào của thiết bị PLC Đồng thời, các phần tử chấp hành như đèn báo, rơ le và công tắc tơ được nối với lối ra của PLC thông qua các đầu nối.
Chương trình điều khiển PLC được biên soạn dưới các dạng cơ bản sẽ được nạp vào bộ nhớ nội bộ của PLC, sau đó tự động thực hiện theo một chuỗi lệnh điều khiển đã được xác định trước.
Hệ thống cho phép công nhân thao tác bằng tay các tiếp điểm và nút dừng khẩn cấp, đảm bảo an toàn trong trường hợp xảy ra sự cố Vai trò của PLC rất quan trọng trong việc tự động hóa và kiểm soát quy trình.
PLC là trung tâm điều khiển trong hệ thống tự động, nơi chương trình điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ Nó thường xuyên kiểm tra trạng thái hệ thống qua tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị đầu vào, từ đó phát tín hiệu điều khiển phù hợp đến thiết bị đầu ra.
PLC có khả năng đáp ứng các yêu cầu điều khiển đơn giản và lặp đi lặp lại theo chu kỳ Ngoài ra, nó còn có thể kết nối với máy tính chủ hoặc hệ thống mạng truyền thông khác để thực hiện các quy trình xử lý phức tạp.
Mức độ thông minh của hệ thống điều khiển chủ yếu phụ thuộc vào khả năng của PLC trong việc đọc dữ liệu từ các cảm biến và thiết bị nhập liệu bằng tay.
Các thiết bị nhập bằng tay như nút ấn, bàn phím và chuyển mạch đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển Để đo và kiểm tra các thông số như chuyển động, áp suất và lưu lượng chất lỏng, PLC cần nhận tín hiệu từ các cảm biến như tiếp điểm hành trình và cảm biến quang điện Tín hiệu đưa vào PLC có thể là tín hiệu số (Digital) hoặc tín hiệu tương tự (Analog), được giao tiếp thông qua các Modul nhận tín hiệu khác nhau như DI (vào số) hoặc AI (vào tương tự) Hệ thống điều khiển chỉ có ý nghĩa khi có khả năng giao tiếp với thiết bị xuất, bao gồm các thiết bị như môtơ, van, rơle, đèn báo và chuông điện, được kết nối đến các ngõ ra của Modul ra (Output) với các loại DO (Ra số) hoặc AO (Ra tương tự) Cấu tạo của PLC cũng rất quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Thiết bị điều khiển lập trình PLC bao gồm khối xử lý trung tâm (CPU) chứa chương trình điều khiển và các mô-đun giao tiếp vào/ra, giúp liên kết trực tiếp với các thiết bị vào/ra Sơ đồ khối cấu tạo của PLC được minh họa trong hình 1-6.
Khối xử lý trung tâm (CPU) là vi xử lý chủ yếu điều khiển mọi hoạt động của PLC, bao gồm thực hiện chương trình, xử lý tín hiệu vào/ra và giao tiếp với các thiết bị bên ngoài.
Bộ nhớ hệ thống bao gồm nhiều loại khác nhau, dùng để lưu trữ chương trình điều khiển hoạt động của hệ thống Các thông tin như sơ đồ LAD, giá trị của Timer và Counter được lưu trữ trong vùng nhớ ứng dụng, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể.
Giới thiệu về phần mềm lập trình PLC Step 7 manager
4.2 Giới thiệu về phần mềm Step 7 manager
Chương trình Step7 được cài đặt trên máy tính cá nhân (PC) hoặc PG để hỗ trợ soạn thảo cấu hình cứng và chương trình cho PLC, sau đó các nội dung này sẽ được dịch sang PLC Bên cạnh đó, Step7 còn cho phép quan sát quá trình thực hiện chương trình của PLC, yêu cầu có bộ giao diện kết nối giữa PC và PLC để truyền thông tin, dữ liệu.
Step7 có khả năng kết nối với PLC thông qua nhiều phương thức khác nhau, bao gồm Card MPI, bộ chuyển đổi PC/PPI và thẻ PROFIBUS (CP) Tuy nhiên, các phương thức này cần được khai báo để sử dụng hiệu quả.
Khái niệm Project không chỉ là một chương trình ứng dụng mà còn bao gồm tất cả các yếu tố liên quan đến thiết kế phần mềm ứng dụng nhằm điều khiển và giám sát một hoặc nhiều trạm PLC Trong một Project, sẽ có nhiều thành phần quan trọng cần được xem xét.
1 Bảng cấu hình cứng về tất cả các module của từng trạm PLC
2 Bảng tham số xác định chề độ làm việc cho từng module của mỗi trạm PLC
3 Các Logic block chứa chương trình ứng dụng của từng trạm PLC
4 Cấu hình ghép nối và truyền thông giữa cac trạm PLC
5 Các cửa sổ giao diện phục vụ việc giám sát toàn bộ mạng hoặc giám sát từng trạm PLC của mạng Ở đây, trong khuôn khổ phần mềm Step7 chỉ giới thiệu việc soạn thảo một Project gốm các phần 1,2,3 Những phần còn lại có thể tham khảo trong cuốn tài liệu khác của cùng tác giả a Khai báo và mở một Project mới: Để khai báo một Project, từ màn hình chính của Step 7 ta chọn File-> New hoặc kích chuột tại biểu tượng "New Project/ Library"
Khi hộp hội thoại xuất hiện, bạn chỉ cần gõ tên Project và nhấn phím OK để khai báo một Project mới Ngoài ra, bạn có thể chọn vị trí lưu Project trên đĩa; mặc định, vị trí lưu sẽ là thư mục được quy định trong quá trình cài đặt Step 7, cụ thể là thư mục F:\S7_projects.
Hình 4.19 Đặt tên cho một Project mới
Để mở một Project đã có trong Step7, bạn chỉ cần chọn File -> Open hoặc nhấp vào biểu tượng "Open Project/Library" trên cửa sổ chính Sau đó, chọn tên Project cần mở từ hộp thoại hiện ra và nhấn phím OK để hoàn tất.
Hình 4.20 Mở một Project đã có b Xây dựng cấu hình cứng cho trạm PLC:
Sau khi hoàn tất việc khai báo một dự án mới, màn hình sẽ hiển thị dự án đó ở dạng rỗng, không có nội dung nào bên trong Điều này được nhận biết qua biểu tượng thư mục bên cạnh tên dự án, tương tự như một thư mục rỗng trong Windows.
Hình 4.21 Biểu tượng một Project mới
Công việc tiếp theo là xây dựng cấu hình phần cứng cho trạm, trước khi tiến vào phần lập trình ứng dụng Kinh nghiệm cho thấy việc này rất quan trọng, vì khi bật nguồn PLC, hệ điều hành S7-300 sẽ kiểm tra các module hiện có trong trạm và so sánh với cấu hình đã xây dựng Nếu phát hiện sự không đồng nhất, hệ thống sẽ ngay lập tức gửi tín hiệu báo lỗi hoặc thiếu module, thay vì phải chờ đến khi thực hiện chương trình ứng dụng.
Trước hết ta khai báo cấu hình cứng cho một trạm PLC với simatic S7-
300 bằng cách vào: Insert -> Station ->Simatic 300- Station:
Hình 4.22 Khai báo cấu hình cứng cho trạm PLC
Nếu không muốn khai báo cấu hình cứng và muốn vào ngay chương trình ứng dụng, người dùng có thể chọn thẳng Điều này đặc biệt hữu ích khi một trạm PLC có nhiều phiên bản ứng dụng khác nhau Sau khi khai báo một trạm (chèn một Station), thư mục Project sẽ trở nên không rỗng với thư mục con tên mặc định là Simatic300(1), chứa tệp thông tin về cấu hình cứng của trạm.
Hình 4.23 Màn hình khai báo cấu hình cứng cho tạm PLC Để vào màn hình khai báo cấu hình cứng, ta nháy chuột tại biểu tượng
Hardware Trong hộp thoại hiện ra ta khai báo thanh Ray (Rack) và các module có trên thanh Ray đó Ví dụ:
Hình 4.24 Thư viện để lấy các Modul
Step7 đơn giản hóa việc khai báo cấu hình cứng thông qua bảng danh mục các module Để thêm module vào bảng cấu hình, người dùng chỉ cần đánh dấu vị trí và nhấp đúp chuột trái vào tên module trong danh sách Sau đó, người dùng có thể đặt tham số quy định chế độ làm việc cho từng module.
Trong Step7, bạn có thể thiết lập tín hiệu ngắt theo thời gian cho module CPU, cho phép module này gọi khối OB10 vào lúc 10 giờ 30 ngày 16/02/2003 Để thực hiện, bạn cần nháy đúp chuột vào tên module CPU ở vị trí 2, sau đó chọn ô Time-Of-Day Interrupt Một hộp hội thoại sẽ xuất hiện, nơi bạn điền thời gian và tần suất phát tín hiệu ngắt, đồng thời đánh dấu tích cực chế độ ngắt trong các ô tương ứng Cuối cùng, hãy nhấn phím OK để hoàn tất.
Hình 4.25 Đặt tham số cho Modul CPU
Trong hộp hội thoại, module CPU314 chỉ cho phép sử dụng OB10 trong các module OB10 - OB17, với ưu tiên dành cho việc chứa chương trình xử lý tín hiệu ngắt theo thời điểm.
Các chế độ làm việc khác của module CPU cũng được quy định nhờ Step7
Để thay đổi thời gian vòng quét cực đại từ giá trị mặc định 150ms xuống 100ms, bạn cần chọn tùy chọn Cycle/Clock memory trong hộp hội thoại và chỉnh sửa ô Scan time thành 100.
Bằng cách sử dụng Step7, chúng ta có thể thiết lập chế độ làm việc cho các module mở rộng khác, chẳng hạn như xác định chế độ làm việc với tín hiệu điện áp trong dải ± 5V cho module AI.
Hình 4.26 Đặt chế độ cho Modul Analog d Soạn thảo chương trình cho các khối logic:
Sau khi hoàn tất việc khai báo cấu hình phần cứng cho trạm PLC, khi trở về cửa sổ chính của Step7, chúng ta sẽ thấy thư mục Simatic 300(1) đã xuất hiện thêm các thư mục con mới Người dùng có khả năng thay đổi tên các thư mục này theo ý muốn.
Phần mềm viết giao diện HMI WinCC
WinCC là hệ thống HMI (Giao diện Người-Máy) cho phép tương tác giữa người dùng và máy móc, giúp giám sát và điều khiển các quy trình tự động Hệ thống này truyền thông hiệu quả với máy móc, cung cấp giao diện đồ họa người dùng để hiển thị và cấu hình quá trình Nhờ đó, người dùng có thể dễ dàng quan sát và quản lý hoạt động của quy trình.
Hình 4.47 Giao diện phần mêm WinCC 4.3.2 Cách tạo project WinCC
Các bước để tạo project mới :
B1 Click biểu tượng File chọn New
B2 Đặt tên cho dự án, chọn nơi lưu
B3 Chọn kiểu kết nối với winCC
B5 Thiết kế giao diện màn hình và thiết lập các thuộc tính
Hình 4.48 Tạo mới một dự án
Tiếp theo hộp thư thoại hiện ra với các thuộc tính như sau :
Tiếp theo ta tạo các Tag liên kết với chương trình PLC, tùy vào kiểu kết nối giữa WinCC và PLC mà ta cấu hình kết nối cho đúng
Hình 4.50 Chọn liên kết Tag cho WinCC
Ta click vào Tag management => click chuột phải chọn Add new driver => chọn S7 protocol Suite
Để tạo Tag cho WinCC, cần chọn đúng vị trí dựa trên kiểu kết nối, nếu không sẽ không liên kết được với PLC Trong dự án này, kết nối giữa WinCC và PLC sử dụng TCP/IP, vì vậy cần nhấp vào TCP/IP và sau đó tạo Tag để liên kết.
Chúng ta sẽ tạo tất cả các Tag cần thiết để liên kết với PLC tại đây Sau khi hoàn tất việc tạo Tag, chúng ta sẽ chuyển sang bước thiết kế giao diện cho WinCC bằng cách nhấn vào Graphics Design.
Hình 4.53 Tạo giao diện cho WinCC
Hình 4.54 Vùng tạo giao diện cho WinCC
Bên phải phần mềm, người dùng sẽ tìm thấy các công cụ thiết kế giao diện, cho phép tạo ra các khối vẽ cơ bản hoặc lựa chọn từ thư viện có sẵn.
WinCC Sau khi tạo ra các nút nhấn ta cần phải cấu hình thuộc tính khi tác động của nó
Hình 4.55 Tạo nút nhấn và cấu hình thuộc tính cho nút nhấn
Lưu ý để có thể chỉnh được thuộc tính màu cho đối tượng thì trong muc Effects => globla Color Scheme => chon Static =>No
Hình 4.57 Chỉnh chế độ thuộc tính màu cho nút nhấn
Để cấu hình thuộc tính đổi màu cho nút nhấn khi có hoặc không có tác động, bạn cần truy cập vào phần Colors, sau đó chọn Background Color Tiếp theo, hãy nhấn chuột phải và chọn Dynamic dialog.
Hình 4.58 Cấu hình thuộc tính màu cho nút nhấn
Khi chọn Dynamic Dialog, hộp thoại sẽ xuất hiện, cho phép người dùng chọn Tag khi tác động và kiểu dữ liệu là Bool Điều này tạo ra hai thuộc tính True/False, và người dùng có thể tùy chỉnh màu sắc theo ý thích.
Hình 4.59 Chọn Tag liên kết và màu cho nút nhấn
Hình 4.60 Kết quả khi cấu hình thuộc tính màu cho nút nhấn
Khi nút nhấn đã được cấu hình thuộc tính màu xong thì ta sẽ thấy biểu tượng tia sét màu đỏ như hình 4.60
I/O field là khu vực cho phép quan sát và nhập các giá trị như nhiệt độ, độ ẩm và nhiều thông số khác vào bộ nhớ của PLC.
Hình 4.61A Cấu hình Tag cho I/O field
Hình 4.61B Cấu hình thuộc tính màu cho I/O field
Hình 4.62 Chọn tốc độ thực thi của I/O field 4.3.3 Giám sát hệ thống qua Internet thông qua ứng dụng Web Navigator của WinCC
4.3.3.1 Khái niệm Để có thể giám sát hệ thống ở bất cứ mọi nơi thì hãng Siemens đã nghiên cứu phát triển ứng dụng Web Navigator trong WinCC Ứng dụng này là thành công lớn của Siemens giúp WinCC linh động hơn Giúp người dùng có thể giám sát và điều khiển hệ thống của mình ở bất kỳ đâu chỉ cần có Internet Ứng dụng sẽ đưa giao diện lên Server và để truy cập ứng dụng chỉ cần dùng địa chỉ IP của máy chủ là có thể truy cập được hệ thống để xem và điều khiển
4.3.3.2 Cách cấu hình Web Navigator
Từ giao diện chính của WinCC ta click chuột phải vào biểu tượng Web Navigator => chọn Web configurator để cấu hình máy chủ
Hình 4.63 Cấu hình máy chủ Web Navigator
Sau khi nhấp vào web configurator, một hộp thoại sẽ xuất hiện Tiếp theo, bạn chỉ cần nhấn "next" và đến phần chọn địa chỉ IP, hãy đảm bảo chọn đúng địa chỉ máy tính mà bạn muốn thiết lập làm máy chủ.
Hình 4.64 Cấu hình Web Navigator
Hình 4.65 Chọn địa chỉ IP máy chủ Web Navigator
Hình 4.66 Hoàn thành cấu hình Web Navigator
Sauk hi đã cấu hình máy chủ xong thì ta sẽ dưa giao diện lưu trên server bằng cách kích chuột phải vào trang trắng chọn Web Publisher
Hình 4.67A Cấu hình đưa giao diện lên server
Sau đó ta cứ kích next cho đến khi hoàn thành chọn file HMI cần đưa lên server
Hình 4.67B Chọn file HMI muốn lưu lên sever
Hình 4.68 Cấu hình Web Navigator hoàn thành
Sau khi cấu hình máy chủ và lưu giao diện trên server, cần tắt chế độ bảo vệ của trình duyệt Internet Explorer để truy cập vào chương trình máy chủ.
Hình 4.70 Tắt chế độ bảo vệ và nhập user lên Internet Explore
Hình 4.71 Kết quả khi đã truy cập vào máy chủ từ Internet Explore