Tài liệu Thực hành scada giáo trình nội bộ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU KHOA CNKT - NNCNC BỘ MÔN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ -----o0o----- GIÁO TRÌNH THỰC HÀNH SCADA ThS. PHẠM VĂN TÂM VŨNG TÀU, THÁNG 06 NĂM 2021 LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây lĩnh vực điều khiển tự động phát triển vượt bậc, mạnh mẽ. Những hệ thống điều khiển cơ khi thô sơ với tốc độ xử lý chậm được thay thế bằng hệ thống điều khiển hiện đại với tốc độ xử lý nhanh hơn, độ tin cậy cao hơn đặc biệt là hệ thống Scada. Thực hành Scada là môn học chuyên ngành bắt buộc cho tất cả sinh viên ngành tự động hóa, cơ điện tử. Giáo trình này sẽ cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về các hệ thống điều khiển và giám sát thông dụng, được sử dụng trong các nhà máy. Trong khuôn khổ chương trình môn học, nội dung của giáo trình sẽ đề cập đến các nội dung chính như sau: Bài 1: Truyền thông giữa wincc và controller sử dụng MPI, Bài 2: Truyền thông giữa wincc và controller sử dụng TCP, Bài 3: Thiết kế giao diện trong Wincc và lập trình truyền thông giữa Wincc và Controller điều khiển một số ứng dụng cơ bản, Bài 4: Thực hành về Tag Logging, Bài 5: Thực hành về Alarm Logging, Bài 6: Thực hành thiết kế ảnh động: Điều khiển và giám sát trạm trộn bê tông, cửa tự động, Bài 7: Thực hành hệ thống multiclient trên Wincc, Bài 8: Truyền thông giữa wincc và controller sử dụng OPC, Bài 9: Thực hành các ứng dụng cơ bản trong Wincc flexible, Bài 10: Thực hành truyền thông qua mạng profibus, Bài 11: Thực hành truyền thông giữa 2 PLC S7 – 300 qua mạng ethernet, Bài 12: Thực hành các ứng dụng cơ bản trong Factory Talk. Giáo trình được biên soạn trên cơ sở kế thừa và chọn lọc từ các tài liệu như: Siemens automation part III, IV, V và Rockwell automation part III, IVcủa tác giả: Tạ văn Phương; Wincc V7.2 – Wincc: Scripting (VBS, ANSI-C, VBA) của Siemens và một số tài liệu khác. Giáo trình này được sử dụng làm tài liệu học tập chính của môn học thực hành Scada cho sinh viên chuyên ngành tự động hóa, chuyên ngành kỹ thuât điện, chuyên ngành cơ điện tử trường Đại học Bà Rịa - Vũng Tàu. Giáo trình sẽ trình bày chi tiết các bước thực hành nhằm giúp sinh viên có thể tự thực hành tốt trên phòng thí nghiệm và tự thực hành tốt trên máy tính ở nhà. Giáo trình này được biên soạn lần đầu nên còn nhiều thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự góp ý của bạn đọc để giáo trình hoàn thiện hơn. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về Bộ môn Điện – điện tử, Khoa Công nghệ kỹ thuật – Nông nghiệp công nghệ cao, Trường đại học Bà Rịa – Vũng Tàu hoặc email: [email protected]. Chân thành cảm ơn. Vũng Tàu, tháng 05 năm 2021 ThS. Phạm Văn Tâm Giáo trình thực hành Scada Giáo trình thực hành Scada MỤC LỤC Danh mục các từ viết tắt .................................................................................................... 3 Bài 1: Truyền thông giữa wincc và controller sử dụng MPI ......................................... 4 1.1 Khảo sát panel thực hành PLC S7 – 300 ................................................................... 4 1.2 Truyền thông giữa wincc và controller sử dụng MPI ................................................ 4 1.2.1 Các bước thiết lập truyền thông qua MPI .......................................................... 4 1.2.2 Truyền thông giữa wincc và controller sử dụng MPI ........................................ 5 1.2.2.1 Thiết kế giao diện điều khiển trực tiếp PLC S7 – 300 sử dụng MPI.......... 5 1.2.2.2 Giám sát tín hiệu từ cảm biến số trên wincc ............................................. 10 1.2.2.3 Giám sát tín hiệu từ cảm biến analog trên wincc...................................... 10 Bài 2: Truyền thông giữa wincc và controller sử dụng TCP ....................................... 11 2.1 Các bước thiết lập truyền thông qua TCP ............................................................... 11 2.2 Truyền thông giữa wincc và controller sử dụng TCP ............................................. 12 Bài 3: Thiết kế giao diện trong Wincc và lập trình truyền thông giữa Wincc và Controller điều khiển một số ứng dụng cơ bản............................................................. 13 3.1 Thiết kế giao diện điều khiển ON/OFF động cơ ..................................................... 13 3.2 Bài tập về nhà .......................................................................................................... 18 Bài 4: Thực hành về Tag Logging .................................................................................. 19 4.1 Thu thập dữ liệu dạng bảng ..................................................................................... 19 4.2 Thiết kế Trend hiển thị đồ thị của quá trình sản xuất .............................................. 23 Bài 5: Thực hành về Alarm Logging .............................................................................. 26 5.1 Thiết kế cảnh báo dạng bảng ................................................................................... 26 5.2 Cảnh báo dạng Group .............................................................................................. 32 5.3 Bài tập về nhà .......................................................................................................... 38 Bài 6: Thực hành thiết kế ảnh động: Điều khiển và giám sát trạm trộn bê tông, cửa tự động .............................................................................................................................. 43 6.1 Thiết kế ảnh động .................................................................................................... 43 6.1.1 Vật chuyển động trái, phải, lên, xuống ............................................................ 43 6.1.2 Vật quay ........................................................................................................... 44 6.1.3 Mực nước dâng, hạ ........................................................................................... 45 6.2 Điều khiển và giám sát trạm trộn bê tông ........................................................... 45 6.3 Bài tập về nhà .......................................................................................................... 50 Biên soạn: ThS. Phạm Văn Tâm Trang 1 Giáo trình thực hành Scada Bài 7: Thực hành hệ thống multiclient trên Wincc ...................................................... 55 Bài 8: Truyền thông giữa wincc và controller sử dụng OPC....................................... 63 Bài 9: Thực hành các ứng dụng cơ bản trong Wincc flexible...................................... 67 9.1 Điều khiển và giám sát ON_OFF motor dùng Wincc flexible ................................ 67 9.2 Thu thập dữ liệu dùng Wincc flexible ..................................................................... 73 9.3 Bài tập về nhà .......................................................................................................... 75 Bài 10: Thực hành truyền thông qua mạng profibus ................................................... 77 Bài 11: Thực hành truyền thông giữa 2 PLC S7 – 300 qua mạng ethernet ............... 81 Bài 12: Thực hành các ứng dụng cơ bản trong Factory Talk...................................... 88 12.1 Điều khiển và giám sát 3 động cơ chạy và dừng tuần tự....................................... 88 12.2 Thực hành thiết kế trend trong FACTORY TALK ............................................... 91 12.3 Thực hành thiết lập Alarm and Events .................................................................. 93 12.4 Bài tập về nhà ........................................................................................................ 96 Biên soạn: ThS. Phạm Văn Tâm Trang 2 Giáo trình thực hành Scada DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VIẾT TẮT DIỄN GIẢI MPI Message Passing Interface PLC Programmable Logic Controller CPU Central Processing Unit TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol I/O Input/Output CT Chương trình HMI Human-Machine-Interface DP Decentralized Periphery Biên soạn: ThS. Phạm Văn Tâm Trang 3 Giáo trình thực hành Scada Bài 1: Truyền thông giữa wincc và controller sử dụng MPI 1.1 Khảo sát panel thực hành PLC S7 – 300 Các bước thực hành:  Bước 1: Tìm hiểu tất cả các thiết bị trên Panel  Bước 2: Dùng VOM đo thông mạch để tìm hiểu chức năng các chân trên Panel.  Bước 3: Cấp nguồn vào Panel, dùng VOM đo nguồn cấp DC (24V) trên Panel.  Bước 4: Đấu dây cấp nguồn cho CPU, Cấp mass cho module ngõ vào, Đấu 1 nút nhấn vào module ngõ vào PLC, Run PLC, nhấn nút và kiểm tra đèn ngõ vào trên PLC. Kiểm tra cho tất cả các ngõ vào khác của PLC và module mở rộng. 1.2 Truyền thông giữa wincc và controller sử dụng MPI 1.2.1 Các bước thiết lập truyền thông qua MPI  Bước 1: Thiết lập trong hộp thoại Connection Parameter - MPI  Bước 2: Tạo Tags giao tiếp với PLC Biên soạn: ThS. Phạm Văn Tâm Trang 4 Giáo trình thực hành Scada  Bước 3: Chọn Driver truyền thông qua MPI Bài tập: Tạo Tag có kiểu dữ liệu số thực, địa chỉ MD80; Tag có kiểu dữ liệu Unsigned 8-bit value, địa chỉ QB124. 1.2.2 Truyền thông giữa wincc và controller sử dụng MPI 1.2.2.1 Thiết kế giao diện điều khiển trực tiếp PLC S7 – 300 sử dụng MPI Mô tả bài thực hành: Dùng Wincc thiết kế giao diện điều khiển và giám sát PLC S7 – 300 như sau:  Điều khiển trực tiếp 1 Bit ngõ ra PLC  Điều khiển trực tiếp 1 Byte ngõ ra PLC  Điều khiển trực tiếp 2 Byte (1 Word) ngõ ra PLC Kết quả đạt được: Sau khi thực hành xong bài này sinh viên thiết kế được giao diện cơ bản trong Wincc, sử dụng được Tag ngoài, điều khiển được trực tiếp output, memory, data block của PLC sử dụng MPI mà không cần viết chương trình PLC. Các bước thực hành chạy mô phỏng dùng simulink:  Bước 1: Thiết lập cấu hình phần cứng cho PLC Biên soạn: ThS. Phạm Văn Tâm Trang 5 Giáo trình thực hành Scada  Bước 2: Mở phần mềm mô phỏng cho S7 - 300  Bước 3: Download trạm CPU313C xuống CPU trên phần mềm mô phỏng  Bước 4: Run PLC  Bước 5: Thiết lập truyền thông qua MPI và tạo tags giao tiếp với PLC Biên soạn: ThS. Phạm Văn Tâm Trang 6 Giáo trình thực hành Scada  Bước 6: Chọn tag OUT_8BIT cho I/O FIELD 1  Bước 7: Duplicate I/O FIELD 1, thay đổi tag cho I/O FIELD 2 và 3 Biên soạn: ThS. Phạm Văn Tâm Trang 7 Giáo trình thực hành Scada Biên soạn: ThS. Phạm Văn Tâm Trang 8 Giáo trình thực hành Scada  Bước 8: Thiết lập các điều kiện trong Computer properties: Tick chọn Graphic Runtime; Chọn Start picture  Bước 9: Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát PLC  Bước 10: Chọn Driver truyền thông qua MPI  Bước 11: Runtime Wincc  Bước 12: Vận hành hệ thống Biên soạn: ThS. Phạm Văn Tâm Trang 9 Giáo trình thực hành Scada Các bước thực hành chạy trên Panel PLC 300:  Bước 1: Tắt phần mềm mô phỏng cho S7 – 300  Bước 2: Cắm dây và kết nối thiết bị vào Panel thí nghiệm theo yêu cầu đề bài  Bước 3: Download trạm CPU313C xuống Panel PLC  Bước 4: Run PLC  Bước 5: Chọn lại driver truyền thông qua MPI  Bước 6: Runtime Wincc  Bước 7: Vận hành hệ thống 1.2.2.2 Giám sát tín hiệu từ cảm biến số trên wincc Các bước thực hành:  Bước 1: Kết nối cảm biến tiệm cận vào PLC (địa chỉ I124.0)  Bước 2: Run PLC  Bước 3: Tạo thêm 1 Tag digital sensor trên Wincc với địa chỉ I124.0  Bước 4: Lấy I/O Field trên Wincc, gán Tag digital sensor cho I/O Field, thay đổi ký số hiển thị; font size và canh lề cho ký số.  Bước 5: Runtime Wincc 1.2.2.3 Giám sát tín hiệu từ cảm biến analog trên wincc Các bước thực hành:      Bước 1: Tạo 1 Tag analog sensor với địa chỉ MD200 Bước 2: Kết nối cảm biến vào PLC (Sử dụng biến trở và cảm biến khoảng cách) Bước 3: Lập trình đọc tín hiệu analog trên Simatic manager Bước 4: Download chương trình và Run PLC Bước 5: Lấy I/O Field trên Wincc, gán Tag analog sensor cho I/O Field, thay đổi ký số hiển thị; font size và canh lề cho ký số  Bước 6: Lấy bồn nước và thiết lập mực nước thay đổi theo Tag MD200  Bước 7: Runtime Wincc Biên soạn: ThS. Phạm Văn Tâm Trang 10 Giáo trình thực hành Scada Bài 2: Truyền thông giữa wincc và controller sử dụng TCP 2.1 Các bước thiết lập truyền thông qua TCP  Bước 1: Cài đặt địa chỉ IP và Slot number  Bước 2: Tạo Tags để giao tiếp với controller Bài tập: Tạo thêm Tag có kiểu dữ liệu số thực, địa chỉ MD80; Tag có kiểu dữ liệu Unsigned 8-bit value, địa chỉ QB124.  Bước 3: Chọn driver truyền thông qua TCP Biên soạn: ThS. Phạm Văn Tâm Trang 11 Giáo trình thực hành Scada 2.2 Truyền thông giữa wincc và controller sử dụng TCP Thiết kế giao diện điều khiển trực tiếp PLC S7 – 300 sử dụng TCP Mô tả bài thực hành: Dùng Wincc thiết kế giao diện điều khiển và giám sát PLC S7 – 300 như sau:  Điều khiển trực tiếp 1 Bit ngõ ra PLC  Điều khiển trực tiếp 1 Byte ngõ ra PLC  Điều khiển trực tiếp 2 Byte (1 Word) ngõ ra PLC Kết quả đạt được: Sau khi thực hành xong bài này sinh viên thiết kế được giao diện cơ bản trong Wincc, sử dụng được Tag ngoài, điều khiển được trực tiếp output, memory, data block của PLC sử dụng TCP mà không cần viết chương trình PLC. Các bước thực hành: (Giống mục 1.2.2.1 nhưng chỉ chạy được trên panel PLC) Biên soạn: ThS. Phạm Văn Tâm Trang 12 Giáo trình thực hành Scada Bài 3: Thiết kế giao diện trong Wincc và lập trình truyền thông giữa Wincc và Controller điều khiển một số ứng dụng cơ bản 3.1 Thiết kế giao diện điều khiển ON/OFF động cơ Mô tả bài thực hành: Viết chương trình PLC S7 - 300 với yêu cầu sau: Nhấn START(M20.0) động cơ (Q124.0) chạy, nhấn STOP(M20.1) động cơ dừng. Dùng Wincc thiết kế giao diện điều khiển ON/OFF động cơ như sau: Nhấn START động cơ chạy (đèn sáng), I/O field = 1; Nhấn Stop động cơ dừng (đèn tắt), I/O field = 0. Kết quả đạt được: Sau khi thực hành xong bài này sinh viên thiết kế được giao diện điều khiển on/off động cơ trong Wincc; sử dụng được Tag ngoài, I/O field; lập trình được nút nhấn; làm được đối tượng đổi màu. Các bước thực hành mô phỏng:  Bước 1: Thiết lập dự án trong PLC - Thiết lập phần cứng - Chương trình PLC: - Run PLC  Bước 2: Thiết lập dự án trong wincc Tạo driver kết nối giữa Wincc với S7 Biên soạn: ThS. Phạm Văn Tâm Trang 13 Giáo trình thực hành Scada Chọn driver kết nối giữa Wincc với S7: SIMATIC S7 Protocol Suite.CHN Chọn chuẩn truyền thông theo MPI Biên soạn: ThS. Phạm Văn Tâm Trang 14 Giáo trình thực hành Scada Đặt tên cho Driver kết nối, chọn địa chỉ MPI và Slot của CPU. Tạo Tag kết nối giữa Wincc và S7 Tạo 1 giao diện điều khiển mới có tên là MOTOR Biên soạn: ThS. Phạm Văn Tâm Trang 15 Giáo trình thực hành Scada Thiết lập thuộc tính cho I/O field Chọn Properties/ Chọn Output_Input/ Output Value/ Right click/ Chọn Tag có tên là MOTOR_ đã tạo trước đó/ Chọn Ok. Thiết lập thuộc tính cho đèn hiển thị Chọn Color/ Background color/Chọn trigger 500ms/ chọn Tag MOTOR_/ Chọn Boolean/ Chọn màu cho Yes/True và No/ False. Viết chương trình cho nút START Double click / Events / Press left / C_action/ SetTagBit / TagName / Chọn Tag ON và gán giá trị bằng 1. Release left / C_action/ SetTagBit / TagName / Chọn Tag ON và gán giá trị bằng 0. Biên soạn: ThS. Phạm Văn Tâm Trang 16 Giáo trình thực hành Scada Thực hiện tương tự cho nút STOP. Runtime wincc Vận hành hệ thống Chạy trên PLC thực: (Giống bài 1) Thêm 2 nét “+ “ vào trong hình tròn, Group hình tròn và 2 nét “ + “. Thực hiện tương tự như bài trên, thêm yêu cầu khi động cơ chạy thì Group hình tròn và 2 nét “ + “ quay. Biên soạn: ThS. Phạm Văn Tâm Trang 17 Giáo trình thực hành Scada 3.2 Bài tập về nhà Mô tả bài thực hành: Dùng Wincc thiết kế giao diện điều khiển và giám sát PLC S7 – 300 như sau:  Nhấn S2 động cơ quay thuận.  Nhấn S3 động cơ quay nghịch.  Nhấn S1 động cơ dừng.  Tạo hiệu ứng chiều quay của động cơ và hiệu ứng cho các tiếp điểm KT, KN trên Wincc Chạy mô phỏng dùng simulink. Chạy trên PLC thật. Hướng dẫn các bước thực hành mô phỏng:  Bước 1: Thiết lập dự án trong PLC  Thiết lập phần cứng  Viết chương trình PLC đúng yêu cầu  Run PLC.  Bước 2: Thiết lập dự án trong wincc.  Tạo driver kết nối giữa Wincc với S7  Tạo Tag kết nối giữa Wincc và S7  Tạo giao diện điều khiển  Viết chương trình và thiết lập các thuộc tính cho đối tượng  Runtime wincc  Vận hành hệ thống  Chạy trên PLC thực: (Giống bài 1) Biên soạn: ThS. Phạm Văn Tâm Trang 18