Tài liệu Báo cáo tttn lập trình s7300 và hệ thống scada

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GVHD SV MSSV : TS. Nguyễn Thiện Thành : Nguyễn Phước Lộc : 40901457 TP.HCM - 08/2013 LỜI CẢM ƠN Được sự hỗ trợ và giúp đỡ của Công ty TNHH Kỹ Thuật PLC Việt Nam, em đã có cơ hội được nghiên cứu và tìm hiểu về hệ thống PLC và SCADA của Siemens Automation trong quá trình thực tập tốt nghiệp. Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến anh Trần Văn Hiếu, người đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em trong thời gian thực tập tại công ty. Em cũng xin cảm ơn thầy Phạm Phú Thọ và các anh chị trong Công ty TNHH Kỹ Thuật PLC Việt Nam đã giúp đỡ em trong suốt quá trình thực tập. Ngoài ra em cũng xin cảm ơn thầy Nguyễn Thiện Thành, người đã định hướng, giúp đỡ để em có thể hoàn thành khóa thực tập này. Cuối cùng em cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ và hỗ trợ nhiệt tình của các bạn trong nhóm thực tập . Tp.HCM, ngày 10 tháng 08 năm 2013. Em xin chân thành cảm ơn. i PHIẾU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC TẬP NHẬN XÉT CỦA CÔNG TY TNHH KỸ THUẬT PLC VIỆT NAM: ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ĐIỂM ĐÁNH GIÁ: Người hướng dẫn: K.Sư Trần Văn Hiếu Xác nhận của đơn vị thực tập ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... iii NỘI DUNG THỰC TẬP - Tìm hiểu về PLC S7-300, lập trình các hệ thống MPS 300 bằng phần mềm TIA Portal Sử dụng phần mềm WinCC 7.0 để thiết kế hệ thống điều khiển giám sát Tìm hiểu về các phần mềm OPC: Kepware, IBH OPC Tìm hiểu các chuẩn truyền thông MPI, Profinet iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN PHIẾU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC TẬP NỘI DUNG THỰC TẬP i ii iv PHẦN 1 LẬP TRÌNH PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM SCADA 7 CHƯƠNG 1 LẬP TRÌNH SCL S7-300 TRÊN STEP7 MANAGER 7 CHƯƠNG 2 LẬP TRÌNH S7-300 TRÊN PHẦN MỀM TIA PORTAL 13 1). Giới thiệu về phần mềm TIA portal ............................................................................ 13 2). Sử dụng TIA portal để cấu hình cho các trạm MPS 300............................................. 13 CHƯƠNG 3 KẾT NỐI CÁC PHẦN MỀM SCADA VỚI S7300 VÀ OPC SERVER 17 I) GIAO TIẾP S7-300 VỚI CÁC PHẦN MỀM SCADA THÔNG QUA CÁP USB MPI 17 1. Kết nối S7-300 với WinCC ......................................................................................... 17 2. Kết nối S7-300 với các phần mềm SCADA khác ....................................................... 19 A. Cấu hình các thông số trên phần mềm IBH OPC Server......................................... 20 B. Cấu hình trên phần mềm Citect SCADA để liên kết với IBH OPC ........................ 24 II) GIAO TIẾP S7-300 VỚI CÁC PHẦN MỀM SCADA THÔNG QUA CÁP ETHERNET ........................................................................................................................... 27 A. Cấu hình cho PLC ....................................................................................................... 27 B. Cấu hình cho máy tính ................................................................................................ 32 C. Cấu hình cho OPC Server ........................................................................................... 33 CHƯƠNG 4 TRAO ĐỔI DỮ LIỆU TỪ WINCC VÀ SQL DATABASE 37 PHẦN 2 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRẠM MPS 44 A. TRẠM CUNG CẤP 44 1. Chức năng .................................................................................................................... 44 2. Các module và I/O........................................................................................................ 45 3. Lập trình chương trình điều khiển ................................................................................ 48 4. Thiết kế chương trình giám sát..................................................................................... 57 B. TRẠM PHÂN LOẠI SẢN PHẪM 60 1) Chức năng .................................................................................................................... 61 2) Các module và I/O........................................................................................................ 61 3) Lập trình chương trình điều khiển ................................................................................ 63 4) Thiết kế chương trình giám sát..................................................................................... 69 C. TRẠM BỒN NƯỚC - EDUKIT PA 72 1. Giới thiệu hệ thống bồn nước:...................................................................................... 72 2. Cấu tạo: ........................................................................................................................ 72 3. Kết nối hệ thống với PLC S7-300: ............................................................................... 76 4. Giải thuật PID ổn định mực nước và lập trình khối PID bằng Ngôn ngữ SCL ........... 77 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Chương 1 Lập trình SCL S7300 trên Step7 Công ty TNHH Kỹ Thuật PLC Việt Nam PHẦN 1 LẬP TRÌNH PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM SCADA  CHƯƠNG 1 LẬP TRÌNH SCL S7-300 TRÊN STEP7 MANAGER Ngôn ngữ SCL (STRUCTURED CONTROL LANGUAGE) là một cách lập trình của Step7 bên cạnh các cách lập trình khác như LAD, STL, FBD, GRAPH. Cách viết chương trình SCL dựa theo Pascal , thường ứng dụng để viết các thuật toán phức tạp , các hàm toán học, quản lý dữ liệu và công thức pha chế, tối ưu quá trình. Chương trình SCL đặt trong folder Sources. Để viết một chương trình SCL ta click phải vào khối Source và chọn như hình: SV: Nguyễn Phước Lộc trang 7 GVHD: TS. Nguyễn Thiện Thành Báo cáo thực tập tốt nghiệp Chương 1 Lập trình SCL S7300 trên Step7 Công ty TNHH Kỹ Thuật PLC Việt Nam Một chương trình theo ngôn ngữ SCL có cấu trúc như sau: FUNCTION FC1: VOID VAR_INPUT IN1: INT; END_VAR VAR_OUTPUT OUT1: INT; END_VAR VAR_IN_OUT IN_OUT1: INT; END_VAR VAR_TEMP TEMP1: INT; END_VAR BEGIN END_FUNCTION Để có được cấu trúc như trên ta thực hiện như hình sau: SV: Nguyễn Phước Lộc trang 8 GVHD: TS. Nguyễn Thiện Thành Báo cáo thực tập tốt nghiệp Chương 1 Lập trình SCL S7300 trên Step7 Công ty TNHH Kỹ Thuật PLC Việt Nam Ví dụ sau đây trình bày cách viết khối FC3 có chức năng gộp (combine) hai kiểu dữ liệu từ đầu vào là kiểu DATE và kiểu TIME_OF_DAY thành một kiểu dữ liệu duy nhất là DATE_AND_TIME. ** Kiểu dữ liệu dạng DATE được lưu trữ trong S7 bằng 1 word ( 2byte). Giá trị của ô nhớ chứa kiểu dữ liệu dạng này sẽ là số ngày tính từ mốc 01-01-1990 (ô nhớ này chứa giá trị 0 sẽ là ngày 01-01-1990). Định dạng của kiểu dữ liệu này là DATE# hoặc D# Ví dụ ô nhớ MW0 chứa kiểu dữ liệu là DATE, và giá trị của ô nhớ này là 5, thì có nghĩa là ngày được lưu ở MW0 là ngày 06-01-1990, tương tự giá trị 200 sẽ là ngày 20-07-1990. ** Kiểu dữ liệu TIME_OF_DAY được lưu trữ trong S7 bằng 2word (4byte), cho biết thời gian trong 1 ngày. Giá trị của ô nhớ chứa kiểu dữ liệu dạng này sẽ là tổng số milisecond. Định dạng của kiểu dữ liệu này là TIME_OF_DAY# hoặc TOD# SV: Nguyễn Phước Lộc trang 9 GVHD: TS. Nguyễn Thiện Thành Báo cáo thực tập tốt nghiệp Chương 1 Lập trình SCL S7300 trên Step7 Công ty TNHH Kỹ Thuật PLC Việt Nam Ví dụ ô nhớ MD0 chứa kiểu dữ liệu dạng TIME_OF_DAY và giá trị của ô nhớ này là 3 600 000 thì có nghĩa thời gian đang là 1 giờ ( 60*60*1000), hay nói cách khác có nghĩa là nếu ta move TOD#1:00:00 vào ô nhớ MD0 thì ô nhớ này có giá trị là 3 600 000 ** Kiểu dữ liệu DATE_AND_TIME được lưu trữ theo mãng gồm 8 byte BCD liên tiếp: Bytes 0 1 2 3 4 5 6 7 (4 MSB) 7 (4 LSB) Content Range Year 1990 to 2089 Month 01 to 12 Day 1 to 31 Hour 0 to 23 Minute 0 to 59 Second 0 to 59 2 MSD (most 00 to 99 significant decade) of ms LSD (least 0 to 9 significant decade) of ms Weekday 1 to 7 (1 = Sunday) FUNCTION FC3 : DATE_AND_TIME VAR_INPUT IN_TIME: TOD; IN_DATE: DATE; END_VAR VAR_TEMP IN_DATE_TEMP : DATE; DATE_VALUE AT IN_DATE_TEMP : INT; y,m, ddd, mm, dd, mi : DINT; g : DINT; day : DINT; month : DINT; year : DINT; IN_TIME_TEMP : TOD; TIME_VALUE AT IN_TIME_TEMP : DINT; totalSeconds , totalMinutes : DINT; currentMinute , currentSecond , currentMiliSec, totalHours MSD_milisec, LSD_milisec, Other : INT; S, Ngay_Trong_Tuan : DINT; so_ngay_tinh_tu_dau_nam : DINT; OUT_DATE_TIME : DATE_AND_TIME; // Tạo con trỏ để trỏ về 8 byte lưu trữ của kiểu DATE_AND_TIME STUFF AT OUT_DATE_TIME : STRUCT Year : BYTE; Month : BYTE; Day : BYTE; Hour : BYTE; SV: Nguyễn Phước Lộc trang 10 :INT; GVHD: TS. Nguyễn Thiện Thành Báo cáo thực tập tốt nghiệp Chương 1 Lập trình SCL S7300 trên Step7 Minute Second MilliSecond Other END_STRUCT; END_VAR Công ty TNHH Kỹ Thuật PLC Việt Nam : BYTE; : BYTE; : BYTE; : BYTE; BEGIN //** DATE ** // IN_DATE_TEMP := IN_DATE; //** Các công thức sau trả về chính xác ngày – tháng - năm từ số ngày cách từ mốc 01-01-1990 ** // g := DATE_VALUE + 142385; Ngay_Trong_Tuan := (g MOD 7) + 4; y := TRUNC((10000*g + 14780)/3652425); ddd := g - TRUNC(365*y + y/4 - y/100 + y/400); IF (ddd < 0) THEN y := y - 1; ddd := g - TRUNC(365*y + y/4 - y/100 + y/400); END_IF; mi := TRUNC((100*ddd + 52)/3060); month := ((mi + 2) MOD 12) + 1; year := 1600 + y + TRUNC((mi + 2)/12); day := ddd - TRUNC((mi*306 + 5)/10) + 1; Other := DINT_TO_INT(Ngay_Trong_Tuan) + LSD_milisec*256; // Loại bỏ 2 chữ số đầu của năm để lưu trữ thành 1 byte // // 90 -> 99 là 1990 - > 1999// // 00 -> 89 là 2000 - > 2089// IF ( year >=1900 year := year ELSIF ( year >= year := year END_IF; & year < 2000 ) THEN - 1900; 2000 ) THEN - 2000; // Code sau sẽ trả về thứ (day of week), chủ nhật tương ứng số 1 ..// CASE (DINT_TO_INT(Ngay_Trong_Tuan)) OF 4: Ngay_Trong_Tuan := 4; 5: Ngay_Trong_Tuan := 5; 6: Ngay_Trong_Tuan := 6; 7: Ngay_Trong_Tuan := 7; 8: Ngay_Trong_Tuan := 1; 9: Ngay_Trong_Tuan := 2; 10: Ngay_Trong_Tuan := 3; END_CASE; //** Trả về thời gian từ tổng số milisecond ** // IN_TIME_TEMP := IN_TIME; SV: Nguyễn Phước Lộc trang 11 GVHD: TS. Nguyễn Thiện Thành Báo cáo thực tập tốt nghiệp Chương 1 Lập trình SCL S7300 trên Step7 totalSeconds currentMiliSec currentSecond totalMinutes currentMinute totalHours // Công ty TNHH Kỹ Thuật PLC Việt Nam := TRUNC(TIME_VALUE / 1000); := DINT_TO_INT(TIME_VALUE MOD 1000); := DINT_TO_INT(TRUNC((totalSeconds MOD 60))); := DINT_TO_INT(totalSeconds / 60); := DINT_TO_INT(TRUNC(totalMinutes MOD 60)); := DINT_TO_INT(TRUNC(totalMinutes / 60)); Tách MSD và LSD của curentMilisec để lưu trữ vào byte thứ 6 và byte thứ 7 LSD_milisec := currentMiliSec MOD 10 ; MSD_milisec := (currentMiliSec LSD_milisec) / 10 ; // trả về giá trị cho khối STUFF.Year := DINT_TO_BYTE(year); STUFF.Month := DINT_TO_BYTE(month); STUFF.Day := DINT_TO_BYTE(day); STUFF.Hour := INT_TO_BYTE(totalHours); STUFF.Minute := INT_TO_BYTE(currentMinute); STUFF.Second := INT_TO_BYTE(currentSecond); STUFF.MilliSecond := INT_TO_BYTE(MSD_milisec); STUFF.Other := INT_TO_BYTE(Other); FC10 := OUT_DATE_TIME; END_FUNCTION // Debug để kiểm chứng kết quả ORGANIZATION_BLOCK OB1 VAR_TEMP // Reserved info : ARRAY[0..19] OF BYTE; // Temporary Variables TEMPX : DATE_AND_TIME; END_VAR TEMPX := FC3( IN_TIME:= TOD#2:0:0, IN_DATE:= D#2000-01-01); END_ORGANIZATION_BLOCK SV: Nguyễn Phước Lộc trang 12 GVHD: TS. Nguyễn Thiện Thành Báo cáo thực tập tốt nghiệp Chương 2 Lập trình S7-300 trên phần mềm TIA portal Công ty TNHH Kỹ Thuật PLC Việt Nam CHƯƠNG 2 LẬP TRÌNH S7-300 TRÊN PHẦN MỀM TIA PORTAL 1). Giới thiệu về phần mềm TIA portal Phần mềm TIA portal là phần mềm tự động hóa tích hợp vừa được hãng Siemens giới thiệu vào cuối năm 2010. Chức năng của phần mềm vừa có thể lập trình cho các dòng PLC của hãng như S7-200, S7-300/400, S7-1200 vừa lập trình cho HMI trên một giao diện thống nhất. 2). Sử dụng TIA portal để cấu hình cho các trạm MPS 300 Khởi động phần mềm TIA Portal và tạo project mới chọn “Configure a device” SV: Nguyễn Phước Lộc trang 13 GVHD: TS. Nguyễn Thiện Thành Báo cáo thực tập tốt nghiệp Chương 2 Lập trình S7-300 trên phần mềm TIA portal Công ty TNHH Kỹ Thuật PLC Việt Nam Chọn CPU, sau đó ấn Enter Ta được giao diện như hình sau: SV: Nguyễn Phước Lộc trang 14 GVHD: TS. Nguyễn Thiện Thành Báo cáo thực tập tốt nghiệp Chương 2 Lập trình S7-300 trên phần mềm TIA portal Công ty TNHH Kỹ Thuật PLC Việt Nam Bước tiếp theo ta thêm module DI/DO và module truyền thông vào: + Kéo và thả module DI/DO vào rack thứ 4 + Kéo và thử module truyền thông vào rack thứ 5 SV: Nguyễn Phước Lộc trang 15 GVHD: TS. Nguyễn Thiện Thành Báo cáo thực tập tốt nghiệp Chương 2 Lập trình S7-300 trên phần mềm TIA portal Công ty TNHH Kỹ Thuật PLC Việt Nam Vậy là ta đã hoàn thành việc cấu hình phần cứng cho các trạm MPS, công đoạn cuối cùng là download cấu hình này xuống cho PLC. SV: Nguyễn Phước Lộc trang 16 GVHD: TS. Nguyễn Thiện Thành Báo cáo thực tập tốt nghiệp Công ty TNHH Kỹ Thuật PLC Việt Nam Chương 3 Kết nối các phần mềm SCADA với S7-300 và OPC server CHƯƠNG 3 KẾT NỐI CÁC PHẦN MỀM SCADA VỚI S7300 VÀ OPC SERVER I) GIAO TIẾP S7-300 VỚI CÁC PHẦN MỀM SCADA THÔNG QUA CÁP USB MPI 1. Kết nối S7-300 với WinCC Đối với phần mềm WinCC thì có thể giao tiếp trực tiếp với S7-300 qua driver S7 Protocol Suite. Các bước cấu hình trên WinCC để giao tiếp với S7-300: a) Tạo một project mới b) Add driver để liên kết PC với S7 c) Tạo một kết nối, đặt tên, chỉnh các thông số trong Properties cho phù hợp SV: Nguyễn Phước Lộc trang 17 GVHD: TS. Nguyễn Thiện Thành Báo cáo thực tập tốt nghiệp Công ty TNHH Kỹ Thuật PLC Việt Nam Chương 3 Kết nối các phần mềm SCADA với S7-300 và OPC server d) Tạo các Tag để liên kết với PLC SV: Nguyễn Phước Lộc trang 18 GVHD: TS. Nguyễn Thiện Thành Báo cáo thực tập tốt nghiệp Công ty TNHH Kỹ Thuật PLC Việt Nam Chương 3 Kết nối các phần mềm SCADA với S7-300 và OPC server 2. Kết nối S7-300 với các phần mềm SCADA khác Đối với các phần mềm SCADA khác thì phải kết nối thông qua các OPC Server. Phần sau đây sẽ trình bày kết nối giữa S7-300 với phần mềm Citect SCADA thông qua OPC Server. Trong các phần mềm OPC server thì Kepware OPC được sử dụng rộng rãi do hỗ trợ rất nhiều driver kết nối và tài liệu hướng dẫn đi kèm ( hơn 160 loại PLC ). Mặc dù vậy cho đến phiên bản mới nhất hiện nay là KEPserverEX v5.12 vẫn chưa hỗ trợ kết nối với PLC S7-300 thông qua cáp USB MPI. SV: Nguyễn Phước Lộc trang 19 GVHD: TS. Nguyễn Thiện Thành Báo cáo thực tập tốt nghiệp Công ty TNHH Kỹ Thuật PLC Việt Nam Chương 3 Kết nối các phần mềm SCADA với S7-300 và OPC server Phần sau sẽ trình bày cách kết nối Citect SCADA với PLC S7-300 qua phần mềm IBH OPC Server. A. Cấu hình các thông số trên phần mềm IBH OPC Server a) Trên giao diện chính của phần mềm b) Chọn S7 Simatic NET SV: Nguyễn Phước Lộc trang 20 GVHD: TS. Nguyễn Thiện Thành