GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ
TH.S NGUYỄN THU HÀ
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 3,4 (VXL, VKĐ, SCADA)
ĐỀ TÀI SỐ 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM NƯỚC

Hà Nội ngày…tháng…năm…
ĐỀ 3
Đồ án học phần 3 và 4 Page 1
GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ
TH.S NGUYỄN THU HÀ
Nội dung: xây dựng hệ thống gồm máy tính điều khiển giám sát, trạm điều khiển cục và hệ
thống bơm nước trong đó:
P: điểm đo áp suất (có điều khiển và cảnh báo) có dải đo từ [0 - 5] bar, điểm làm việc là 3.5 bar.
L: điểm đo mức (cảnh báo) có dải đo từ [o - 5] m.
RUN: đèn báo hệ thống đang làm việc.
HAP: đèn cảnh báo áp suất cao (lớn hơn 4.5 bar).
LAL: đèn cảnh báo mức thấp (nhỏ hơn 1.0m).
HAL: đèn cảnh báo mức cao (lớn hơn 4m).
START, STOP: hai nút nhấn khởi động và dừng hệ thống.
PHẦN 1:CƠ SỞ LÍ THUYẾT
1.1. Mục đích
Nguồn nước rất quan trọng đối với sự sống và mọi hoạt động của con người,
nguồn nước ở 1 số nơi trên thế giới rất là khan hiếm và tình trạng ô nhiễm nguồn
Đồ án học phần 3 và 4 Page 2
GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ
TH.S NGUYỄN THU HÀ
nước ngày càng gia tăng.Trước thực trạng ấy chúng ta cần phải có giải pháp để khai
thác và sử dụng nguồn nước sạch 1 cách hiệu quả và tiết kiệm. Muốn làm được điều

Một số loại cảm biến đo mức chất lưu
* Cảm biến độ dẫn
Các cảm biến loại này dùng để đo mức các chất lưu có tính dẫn điện (độ dẫn điện ~
50μScm
-1
). Trên hình 20.22 giới thiệu một số cảm biến độ dẫn đo mức thông dụng.
Hình 20.22: Cảm biến độ dẫn
a) Cảm biến hai điện cực b) Cảm biến một điện cực
c) Cảm biến phát hiện mức
Sơ đồ cảm biến hình 20.22a gồm hai điện cực hình trụ nhúng trong chất lỏng dẫn
điện. Trong chế độ đo liên tục, các điện cực được nối với nguồn nuôi xoay chiều ~
Đồ án học phần 3 và 4 Page 4
GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ
TH.S NGUYỄN THU HÀ
10V (để tránh hiện tượng phân cực của các điện cực). Dòng điện chạy qua các điện
cực có biên độ tỉ lệ với chiều dài của phần điện cực nhúng chìm trong chất lỏng.
Sơ đồ cảm biến hình 20.22b chỉ sử dụng một điện cực, điện cực thứ hai là bình
chứa bằng kim loại.
Sơ đồ cảm biến hình 20.22c dùng để phát hiện ngưỡng, gồm hai điện cực ngắn đặt
theo phương ngang, điện cực còn lại nối với thành bình kim loại,vị trí mỗi điện cực
ngắn ứng với một mức ngưỡng. Khi mức chất lỏng đạt tới điện cực, dòng điện
trong mạch thay đổi mạnh về biên độ.
* Cảm biến tụ điện
Khi chất lỏng là chất cách điện, có thể tạo tụ điện bằng hai điện cực hình trụ nhúng
trong chất lỏng hoặc một điện cực kết hợp với điện cực thứ hai là thành bình chứa
nếu thành bình làm bằng kim loại. Chất điện môi giữa hai điện cực chính là chất
lỏng ở phần điện cực bị ngập và không khí ở phần không có chất lỏng. Việc đo
mức chất lưu được chuyển thành đo điện dung của tụ điện, điện dung này thay đổi
theo mức chất lỏng trong bình chứa. Điều kiện để áp dụng phương pháp này hằng
số điện môi của chất lỏng phải lớn hơn đáng kể hằng số điện môi của không khí

các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển
PLC được thiết kế không được cứng hoá về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành
các module. Số các module được chia nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, song tối
thiểu phải có một module chính là module CPU. Các module còn lại là các module
nhận/truyền tín hiệu với tín hiệu điều khiển, các module chức năng chuyên dụng như
các module PID, điều khiển động cơ Chúng được gọi chung là modul mở rộng. Tất
cả các module được gá trên những thanh ray (Rack).
Hình 1.9. Cấu trúc một thanh Rack của PLC S7-300
Module CPU
Đồ án học phần 3 và 4 Page 7
GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ
TH.S NGUYỄN THU HÀ
Hình 1.10. Hình ảnh module CPU 312C
Modul CPU là modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian,
bộ đếm, cổng truyền thông (RS 485) và có thể còn có một vài cổng vào/ra số. Các
cổng vào/ra số có trên modul CPU được gọi là cổng vào/ra onboard.
Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau. Nói chung chúng được đặt
tên theo bộ vi xử lý có trong nó như modul 312, modul 314, modul 315
Những modul cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng
vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của
hệ điều hành phục vụ cho việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được phân
biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ cái IFM (Intergrated Function
Module). Ví dụ modul 312 IFM, modul 314 IFM
Ngoài ra còn có các loại modul CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng
truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Tất nhiên
kèm theo cổng truyền thông thứ hai này là những phần mềm tiện dụng thích hợp cũng
đã được cài sẵn trong hệ điều hành. Các loại CPU được phân biệt với những modul
CPU khác bằng thêm cụm từ DP (Distributed Port) trong tên gọi. Ví dụ modul 315-
DP, 315-2DP
Module mở rộng

chuyển thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 bit. Số các cổng vào tương tự có
thể là 2,4 hoặc 8 tuỳ từng loại modul.
+ AO (analog output): Modul mở rộng các cổng ra tương tự. Về bản chất chúng
chính là các bộ chuyển đổi số tương tự (DA). Số các cổng ra tương tự có thể là 2
hoặc 4 tuỳ từng loại modul.
+AI/AO (analog input/analog output): Modul mở rộng các cổng vào/ra tương tự.
Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4vào/4 ra tuỳ từng loại modul.
- Module ghép nối IM (Interface module)
Modul ghép nối. đây là loại modul chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các
modul mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản ly chung bởi modul CPU.
Thông thường các modul mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là
rack. Trên mỗi một rack chỉ có thể gá được nhiều nhất 8 modul mở rộng (không kể
modul CPU, modul nguồn nuôi. Một modul CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp
được với nhiều nhất 4 Racks và các Racks này phải được nối với nhau bằng modul
IM
- Module chức năng FM ( Function module)
Modul có chức năng điều khiển riêng, ví dụ như module điều khiển động cơ bước,
modul điều khiển động cơ servo, modul PID, modul điều khiển vòng kín.
- Module truyền thông CP ( Communication module)
Phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy
tính.
1.3.1.2. Cách thức PLC 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 chuyển dữ liệu từ các cổng
vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình.Trong từng
vòng quét chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối
OB1 (Block End). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội
dung của bộ đếm ảo Q tới các cổng ra số, vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn
truyền thông nội bộ và kiểm soát lỗi.
Đồ án học phần 3 và 4 Page 10

- DATE: Biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày.
- CHAR: Biểu diễn một hoặc nhiều ký tự (nhiều nhất là 4 ký tự)
Đồ án học phần 3 và 4 Page 11
Truyền thông
và kiểm tra nội
bộ
VÒNG
QUÉT
Chuyển dữ liệu từ
Q tới cổng ra
Thực hiện
chương trình
GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ
TH.S NGUYỄN THU HÀ
• Cấu trúc bộ nhớ của CPU
Bộ nhớ của S7–300 được chia làm 3 vùng chính:
- Vùng chứa chương trình ứng dụng
Vùng nhớ chương trình được chia thành 3 miền:
+ OB (Organisation Block ): Miền chứa chương trình tổ chức.
+ FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biến hình
thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó.
+ FB (Function Block): Miền chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có
khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác. Các dữ liệu này
phải được xây dựng thành khối dữ liệu riêng (gọi là DB – Data Block).
- Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được chia thành 7
vùng khác nhau bao gồm :
+ I ( Process image input): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số. Trước khi bắt
đầu thực hiện chương trình PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất
giữ chúng tại vùng nhớ I, thông thường chương trình ứng dụng không đọc trực tiếp
trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I.

trình OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu
của biến hình thức với những khối chương trình đã gọi nó. Nội dung của một số dữ
liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình tương ứng trong OB, FC.
FB.
Miền nhớ này có thể truy nhập từ chương trình theo bit (L), byte (LB), từ kép LD
1.3.1.4. Những khối OB đặc biệt
- OB10 (Time of Day Interrupt): Chương trình trong khối OB10 sẽ được thực hiện khi
giá trị thời gian của đồng hồ thời gian thực nằm trong một khoảng thời gian đã được
quy định. Việc quy định khoảng thời gian hay số lần gọi OB10 được thực hiện nhờ
chương trình hệ thống SFC28 hay trong bảng tham số của module CPU nhờ phần
mềm STEP 7
- OB20 (Time Relay Interrupt): Chương trình trong khối OB20 sẽ được thực hiện sau
một khoảng thời gian trễ đặt trước kể từ khi gọi chương trình hệ thống SFC32 để đặt
thời gian trễ
- OB35 (Cyclic Interrupt): Chương trình trong khối OB35 sẽ được thực hiện cách đều
nhau một khoảng thời gian cố định. Mặc định, khoảng thời gian này là 100ms, nhưng
ta có thể thay đổi nhờ STEP 7
- OB40 (Hardware Interrupt): Chương trình trong khối OB40 sẽ được thực hiện khi
xuất hiện một tín hiệu báo ngắt từ ngoại vi đưa vào CPU thông qua các cổng onbroad
đặc biệt, hoặc thông qua các module SM, CP, FM
Đồ án học phần 3 và 4 Page 13
GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ
TH.S NGUYỄN THU HÀ
- OB80 (Cycle Time Fault): Chương trình trong khối OB80 sẽ được thực hiện khi thời
gian vòng quét (scan time) vượt quá khoảng thời gian cực đại đã quy định hoặc khi có
một tín hiệu ngắt gọi một khối OB nào đó mà khối OB này chưa kết thuc ở lần gọi
trước. Thời gian quét mặc định là 150ms
- OB81 (Power Supply Fault): Chương trình trong khối OB81 sẽ được thực hiện khi
thấy có xuất hiện lỗi về bộ nguồn nuôi
- OB82 (Diagnostic Interrupt): Chương trình trong khối OB82 sẽ được thực hiện có sự

Đồ án học phần 3 và 4 Page 14
GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ
TH.S NGUYỄN THU HÀ
Lệnh thực hiện so sánh 2 số thự 32bit trong 2 thanh ghi ACCU1 và ACCU2. Nếu
số thực trong ACCU1 = ACCU2 thì trạng thái RLO sẽ nhận giá trị 1,ngược lại
nhận giá trị 0.
- Lệnh so sánh không bằng nhau giữa 2 số thực 32bits
Cú pháp <>R
- Lệnh so sánh lớn hơn 2 số thực 32bits
Cú pháp >R
- Lệnh so sánh nhỏ hơn hai số thực 32 bít
Cú pháp <R
- Lệnh so sánh lớn hơn hoặc bằng 2 số thực 32 bit
Cú PHáp >=R
- Lện so sánh nhỏ hơn hoặc bằng 2 số thực 32 bit
Cú pháp <=R
• Một số lệnh chuyển đổi dữ liệu
- Lệnh chuyển đổi BCD thành số nguyên 32 bit
Cú pháp BTD
Lệnh không có toán hạng và thực hiện việc chuyển đổi số BCD có 7 chữ số nằm
trong 28 bit đầu của ACCU1 thành số nguyên 32 bit. Kết quả được cất giừ vào
ACCU1
- Lệnh chuyển đổi số nguyên 32 bit thành số thực
Cú pháp DTR
Lệnh thực hiện chuyển đổi một số nguyên 32 bit trong ACCU1 thành số thực 32
bit dấu phảy động. kết quả được cất lại vào ACCU1.
Ví dụ : đổi số nguyên 16 bit (-3278 ÷ 3277) đọc từ cổng tương tự PIW304 thành
một số thực có giá trị bằng mức điện áp tại cổng (-10÷10V) và cất vào ô nhớ MD0
L PIW304 //số đọc được là số nguyên 16 bit
ITD //chuyển đổi thành số nguyên 32 bit

±
10mA.
Trong khi đó tín hiệu từ các cảm biến đưa ra lại không đúng theo chuẩn . Vì vậy
người ta cần phải dùng thêm một thiết chuyển đổi để đưa chúng về chuẩn công
nghiệp.
Kết hợp các đầu cảm biến và các thiết bị chuyển đổi này thành một bộ cảm biến
hoàn chỉnh , thường gọi tắt là thiết bị cảm biến, hay đúng hơn là thiết đo và
chuyểnđổi đo ( bộ transducer).
Đồ án học phần 3 và 4 Page 16
Analog Input
( A/D)
Các con số
Analog Output
( D/A)
Các con số
Đầu đo
Thiết bị chuyển đổi
Thiết bị cảm biến
Module analog
Tín hiệu vào không điện
0 – 10V
4-20 mA
Tín hiệu ra tương tự
0 – 10 V
4 – 20 mA
GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ
TH.S NGUYỄN THU HÀ
Hình 1.13. quá trình chuyển đổi ADC (analog to digital conveter)
SM 334 là 1 module tương tự gồm có 4AI và 2AO 12bit có tích hợp bộ chuyển
đổi ADC ( analog to digital converter)

Hình 1.16. HMI điều khiển trực tiếp 1 bộ điều khiển thông qua
PROFIBUS
Hình 1.17 HMI điều khiển nhiều bộ điều khiển thông PROFIBUS
Đồ án học phần 3 và 4 Page 19
GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ
TH.S NGUYỄN THU HÀ
Hình 1.18 HMI kết nối với máy chủ thông qua đường truyền
LAN(TCP/IP)
1.3.2. Tìm hiểu về WINCC
WinCC (Window Control Center) là phần mềm tạo dựng hệ SCADA và HMI rất
mạnh của hãng SIEMENS hiện đang được dùng phổ biến trên thế giới và Việt Nam.
WinCC hiện có mặt trong rất nhiều lĩnh vực như sản xuất xi măng, giấy, théo, dầu
khí,…
WinCC là một hệ thống điều khiển trung lập có tính công nghiệp và có tính kỹ
thuật, hệ thống màn hình hiển thị đồ họa và điều khiển nhiệm vụ trong sản xuất và tự
động hóa quá trình. Hệ thống này đưa ra những module chức năng tích hợp công
nghiệp cho hiển thị đồ họa, những thông báo, những lưu trữ và những báo cáo. Nó là
một trình điều khiển mạnh, nhanh chóng cập nhật các ảnh và những chức năng lưu
trữ an toàn, bảo đảm một tính lợi ích cao đem lại cho người vận hành một giao diện
trực quan dễ sử dụng, có khả năng giám sát và điều khiển quá trình công nghệ theo
chế độ thời gian thực.
Ngoài những chức năng hệ thống, WinCC đưa ra những giao diện mở cho các giải
pháp của người dùng. Những giao diện này làm cho nó có thể tích hợp trong những
giải pháp tự động hóa phức tạp, các giải pháp cho công ty mở. Sự truy nhập tới cơ sở
dữ liệu tích hợp bởi những giao diện chuẩn ODBC và SQL, sự lồng ghép những đối
tượng và những tài liệu được tích hợp bởi OLE2.0 và OLE Custom Controls (OCX).
Những cơ chế này làm cho WinCC là một đối tác dễ hiểu, dễ truyền tải trong môi
trường Windows
Để xây dựng được giao diện HMI bằng phần mềm WinCC thì cấu hình phần cứng
phải bao gồm thiết bị PLC S7-xxx và cấu hình phần cứng tối thiểu của máy tính cho

Single-User Project : Dự án thực hiện trên máy đơn
Multi-User Project
Multi-Client Project
Đồ án học phần 3 và 4 Page 21
GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ
TH.S NGUYỄN THU HÀ
- Chọn PLC hoặc Drivers từ Tag Management .
Mục đích : để thiết lập kết nối truyền thông giữa WinCC với các thiết bị (chủ yếu
là PLC ) bằng một mạng liên kết chúng với nhau trong việc trao đổi dữ liệu . Mỗi một
driver có định dạng *.chn . Ví dụ : để liên kết WinCC với S7-300 ta có thể chọn
driver “ SIMATIC S7 Protocol Suite.chn ”, để liên kết WinCC với S7-200 thông qua
mạng Modbus ta có thể chọn driver “Modbus Serial.chn ”…
Sau khi ta chọn Driver, thì mỗi một Driver sẽ xuất hiện các loại cổng kết nối riêng
của nó . Trong WinCC thì mỗi cổng được gọi là một channel . Các cổng này thông
thường chỉ định cổng COM của máy tính .
Để thêm một kết nối Driver mới, ta chỉ cần nhấp phải chuột vào các cổng kết nối
>> chọn New Driver Connection .
- Tạo các biến ( Tag )
Để tạo kết nối các thiết bị của một dự án trong WinCC., trước tiên phải tạo các
Tags trên WinCC. Tags được tạo dưới Tags Management. Gồm có Tags nội và Tags
ngoại.
Tags Internal (tags nội) : là Tag có sẵn trong WinCC. Những Tags nội này là
những vùng nhớ trong WinCC, nó có chức năng như một PLC thực sự.
Tags External (Tags ngoại) : Là Tag quá trình, nó phản ánh thông tin địa chỉ của
hệ thống PLC khác nhau.
Các Tags có thể được lưu trong bộ nhớ PLC hoặc trên các thiết bị khác nối với
PLC thông qua các Tags.
- Tạo hình ảnh từ cửa sổ giao diện Graphic Designer
Ta phải tạo một màn hình giao diện cho quá trình điều khiển và giám sát .
Các tạo một màn hình mới : Right click >> Graphics Designer >> New Picture

- Khoảng cách đo 400 – 6000mm.
- Tần số sóng siêu âm hoạt động 65-380KHz.
- Góc phát sóng hẹp ±, kiểm tra được các vật có diện tích nhỏ 100×100mm.
- Đèn báo chỉ thị trạng thái ngõ ra màu xanh.
- Nhiệt độ hoạt động -10~55°C, đạt độ kín IEC IP65.
- Lắp đặt dơn giản , dễ dàng bảo trì, thiết kế với tuổi thọ cao.
Cảm biến siêu âm hoạt động bằng cách phát đi 1 xung tín hiệu và đo thời gian
nhận được tín hiệu trở vể. Sau khi đo được tín hiệu trở về trên cảm biến siêu âm, ta
tính được thời gian từ lúc phát đến lúc nhận được tín hiệu. Từ thời gian này có thể
tính ra được khoảng cách.
Nếu đo được chính xác thời gian và không có nhiễu, mạch cảm biến siêu âm trả về
kết quả cực kì chính xác. Điều này phụ thuộc vào cách viết chương trình không sử
dụng các hàm delay.
Lưu ý: sóng siêu âm chỉ bị dội lại khi gặp 1 số loại vật cản, nếu phát sóng siêu âm
vào chăn, nệm bạn sẽ không nhận được sóng phản hồi.
2.1.3. Lựa chọn PLC
• Lựa chọn Module nguồn cho PLC S7-300
Đồ án học phần 3 và 4 Page 24
GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ
TH.S NGUYỄN THU HÀ
Chọn loại nguồn PS 307 -2A, mã 6ES7307-1BA00-0AA0
Hình 2.3. Module nguồn PS 307-2A của Siemens
- Nguồn cấp đầu vào 120/230 VAC
- Đầu ra 24 VDC
- 2A
• Lựa chọn Module CPU cho PLC S7-300
Chọn loại CPU S7-300 312C
Hình 2.4. Module CPU 312C
Các thông số của CPU 312C
- S7-300, CPU 312C