TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA ĐIỆN ĐIỆN - ĐIỆN ĐIỆN TỬ TỬ
ĐỒ ÁN ĐẠI HỌ TỐT NGHIỆP NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: Đề tài:
NGHIÊN CỨ CỨ U, U, Ứ NG NG DỤ DỤNG PLC S7-1200 ĐIỀU ĐIỀU KHIỂ KHIỂN THIẾ THIẾT BỊ BỊ QUA MẠ MẠNG INTERNET
Cán bộ hƣớ ng ng dẫn : ThS. BÙI THÚC MINH Sinh viên thực hiện : BÙI GIA KHÁNH Khóa 51
Khánh Hòa, 2013
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA ĐIỆN ĐIỆN - ĐIỆN ĐIỆN TỬ TỬ
ĐỒ ÁN ĐẠI HỌ TỐT NGHIỆP NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: Đề tài:
NGHIÊN CỨ CỨ U, U, Ứ NG NG DỤ DỤNG PLC S7-1200 ĐIỀU ĐIỀU KHIỂ KHIỂN THIẾ THIẾT BỊ BỊ QUA MẠ MẠNG INTERNET
Cán bộ hƣớ ng ng dẫn : ThS. BÙI THÚC MINH Sinh viên thực hiện : BÙI GIA KHÁNH Khóa 51 (2009 -2013)
Khánh Hòa, 2013
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA ĐIỆN ĐIỆN - ĐIỆN ĐIỆN TỬ TỬ
ĐỒ ÁN ĐẠI HỌ TỐT NGHIỆP NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: Đề tài:
NGHIÊN CỨ CỨ U, U, Ứ NG NG DỤ DỤNG PLC S7-1200 ĐIỀU ĐIỀU KHIỂ KHIỂN THIẾ THIẾT BỊ BỊ QUA MẠ MẠNG INTERNET
Cán bộ hƣớ ng ng dẫn : ThS. BÙI THÚC MINH Sinh viên thực hiện : BÙI GIA KHÁNH Khóa 51 (2009 -2013)
Khánh Hòa, 2013
i
LỜ I CẢM
Ơ N
Tr ải qua bốn năm học đại học đầ y căng thẳng và thú vị, tôi và các b ạn trong lớ p 51DDT đã đƣợ c các thầy cô trong bộ môn cũng nhƣ toàn thể giảng viên trong toàn tr ƣờ ng truyền thụ nh ững kiến thức thật quý giá và bổ ích cho tất cả chúng em. Vì ƣờ ng vậ y lờ i đầu tiên em xin chân thành cảm ơ n toàn bộ những giảng viên đã truyền đạt kiến thức cho chúng em trong nh ững năm qua. Tiế p theo em muốn gửi lờ i cảm ơn đến thầy Bùi Thúc Minh, ngƣờ i đã tr ực tiế p và tận tình hƣớ ng ng dẫn em trong suốt thờ i gian làm đồ án. Em xin chân thành cảm ơn thầ y. Em cũng xin chân thành cảm ơn b ố mẹ, ng ƣờ i thân và bạn bè. Những ngƣời đã giúp đỡ v về mặt tinh thần cũng nhƣ vật chất r ất nhiều để em có thể hoàn thành tốt đồ án này. Xin chân thành cảm ơ n mọi ngƣờ i.i. Nha Trang, tháng 6 năm 2013 Sinh viên Bùi Gia Khánh
ii
MỤC LỤC LỜI CẢM
Ơ N .......................................................................................................
i
MỤC LỤC ............................................................................................................. ii DANH MỤC HÌNH VẼ ...................................................................................... vii DANH MUC BẢ NG BIỂU ................................................................................. xi BẢ NG VIẾT TẮT ............................................................................................... xii BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ VIỆT ANH ............................................... xiii MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ...........................................................................................1 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨ U ....................................................................................1 3. ĐỐI TƢỢ NG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨ U ........................................................2 4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U ...........................................................................2 5. BỐ CỤC ĐỒ ÁN .....................................................................................................2
CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200 ..................................... 3 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG .........................................................................................3 1.2. ĐẶC ĐIỂM BỘ ĐIỀU KHIỂ N LẬP TRÌNH ...................................................... 3 1.3. GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 ..........................................................................4 1.3.1. Tổng quan về PLC S7-1200 ..........................................................................4 1.3.2. Các bảng tín hiệu ...........................................................................................7 1.3.3. Các module tín hi ệu .......................................................................................8 1.3.4. Các module truyền thông...............................................................................8
CHƢƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ PHẦ N MỀM TIA PORTAL .............................. 9 2.1. TỔ NG QUAN VỀ PHẦ N MỀM TIA PORTAL .................................................9 2.1.1. Tạo ra cấu hình của thiết bị, thêm một thiết bị vào đề án ...........................10 2.1.1.1. Thêm thiết bị mới vào đề án .................................................................10 2.1.1.2. Nhận biết cấu hình của một CPU chƣa xác đị nh ..................................12 2.1.2. Cấu hình sự hoạt động của CPU..................................................................13 2.1.3. Thêm các module vào c ấu hình ...................................................................14 2.1.4. Cấu hình một địa chỉ IP trong đề án ............................................................15 2.1.4.1. Gán một địa chỉ IP tr ực tuyến...............................................................16
iii
2.1.4.2. Cấu hình giao diện PROFINET............................................................18 2.1.5. Bảo vệ bằng mật khẩu cho CPU S7-1200 ...................................................19 2.1.6. Tải chƣơng trình xuống CPU ...................................................................... 20 2.1.7. Giám sát và thực hiện chƣơng trình ............................................................22 2.2. K Ỹ THUẬT LẬP TRÌNH ..................................................................................23 2.2.1. Vòng quét chƣơng trình ...............................................................................23 2.2.2. Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS .........................................24 2.2.3. Hàm chức năng – FUNCTION....................................................................25 2.3. TẬP LỆ NH LẬP TRÌNH ..................................................................................26 2.3.1. Bit logic .......................................................................................................26 2.3.2. Sử dụng bộ Timer ........................................................................................27 2.3.3. Sử dụng bộ Counter .....................................................................................28 2.3.4. So sánh.........................................................................................................29 2.3.5. Toán học ......................................................................................................29 2.3.6. Di chuyển MOVE ........................................................................................30 2.3.7. Các lệnh định tỷ lệ và chuẩn hóa.................................................................31 2.3.8. Các lệnh đếm thờ i gian ................................................................................32 2.3.9. Lệnh toán tử word logic ..............................................................................33
CHƢƠNG 3 WEB SERVER ............................................................................. 34 3.1. TRANG WEB CHUẨ N .....................................................................................34 3.1.1. Kích hoạt Web server ..................................................................................34 3.1.2. Truy cậ p trang web chuẩn ...........................................................................34 3.1.3. Chức năng phân quyề n sử dụng ..................................................................35 3.1.4. Trang Introduction .......................................................................................35 3.1.5. Trang Start page ..........................................................................................36 3.1.6. Trang Identification .....................................................................................36 3.1.7. Trang Diagnostic Buffer ..............................................................................37 3.1.8. Trang Module Information ..........................................................................37 3.1.9. Trang Communication .................................................................................38 3.1.10. Trang Variable Status ................................................................................39
iv
3.1.11. Trang Data Logs ........................................................................................39 3.1.12. User-defined web pages ............................................................................40 3.1.13. Một số hạn chế ảnh hƣởng đến web server ...............................................40 3.2. TRANG WEB TỰ XÂY DỰ NG .......................................................................41 3.2.1. Cách tạo một trang HTML ..........................................................................41 3.2.2. Các lệnh AWP hỗ tr ợ cho Web server S7-1200 ..........................................42 3.2.3. Cấu trúc chung .............................................................................................42 3.2.4. Các lệnh AWP .............................................................................................42
3.2.4.1. Đọc biến từ PLC ...................................................................................42 3.2.4.2. Ghi biến xuống PLC .............................................................................43
3.2.4.3. Đọc các biến đặc biệt............................................................................44 3.2.4.4. Ghi các biến đặc biệt ............................................................................45 3.2.4.5. Sử dụng bí danh cho các biến tham khảo .............................................46
3.2.4.6. Xác định loại enum...............................................................................47 3.2.5. Cấu hình các trang web chúng ta tự định nghĩa ..........................................47 3.2.6. Lập trình để kích hoạt trang web chúng ta tự định nghĩa: ...........................48 3.3. TRUY CẬP WEB SERVER .............................................................................49 3.3.1. Truy cậ p Web Server trên mạng LAN ........................................................49 3.3.2. Truy suất Web Server trên m ạng WAN ...................................................... 49 3.4. THỰ C NGHIỆM SỬ DỤNG WEB SERVER ĐIỀ U KHIỂ N PLC ..................50 3.4.1. Thực nghiệm sử dụng Web Server điề u khiển PLC bằng mạng Internet....50 3.4.1.1. K ết nối các thiết bị xây dựng hệ thống liên k ết của ví dụ ....................50 3.4.1.2. Thực hiện các thao tác cài đặ t IP PLC vào Router ADSL ...................52 3.4.1.3. Thao tác truy cậ p Web Server từ mạng Internet ..................................54 3.4.2. Thực hiện tao tác điều khiển PLC ...............................................................56
CHƢƠNG 4 THIẾT K Ế VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH MÁY PHA MÀU TỰ ĐỘ NG VÀ PHÂN LOẠI SẢ N PHẨM.............................................................................................................59 4.1. LÝ DO CHỌ N MÔ HÌNH .................................................................................59 4.2. HƢỚ NG THỰ C HIỆ N MÔ HÌNH ....................................................................59 4.3. GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ TRONG MÔ HÌNH...........................................60
v
4.3.1. PLC Simatic S7-1200 ..................................................................................60 4.3.2. Khí cụ điện CB ............................................................................................60 4.3.3. Relay trung gian ..........................................................................................60
4.3.4. Van điện từ ..................................................................................................61 4.3.5. Bơm nguyên liệ u .........................................................................................61 4.3.6. Bộ nguồn .....................................................................................................62
4.3.7. Động cơ DC .................................................................................................62 4.3.8. Cảm biến áp suất .........................................................................................63 4.3.9. Công tắc hành trình .....................................................................................63 4.4. SƠ ĐỒ ĐIỆ N VÀ CÁC QUY ƢỚC TRONG MÔ HÌNH .................................64 4.4.1. Sơ đồ k ết nối PLC .......................................................................................64 4.4.2. Mạch động lực .............................................................................................64 4.5. YÊU CẦU K Ỹ THUẬT PHƢƠNG PHÁP PHA MÀU SƠN ........................... 65 4.6. ĐIỀU KHIỂ N MÁY PHA MÀU TỰ ĐỘ NG VÀ PHÂN LOẠI .......................66 4.6.1. Quy trình xử lý điều khiển...........................................................................66 4.6.2. Quy định địa chỉ vào ra trong PLC..............................................................67 4.6.3. Mô hình hệ thống pha màu tự động và phân loại ........................................67 4.6.3.1. Các bồn chứa màu cơ bả n..................................................................... 68
4.6.3.1. Bơm và các van xả của các màu cơ bả n ...............................................68 4.6.3.2. Bồn định lƣợ ng .....................................................................................69 4.6.3.3. Cảm biến áp suất và van xả bồn định lƣợ ng ........................................69 4.6.3.4. Bồn tr ộn, động cơ tr ộn và van xả bồn tr ộn ...........................................69
4.6.3.5. Băng tải chính và thùng đựng sơn thành phẩ m ....................................70 4.6.3.6. Băng tải phụ và cần gạt phân loại.........................................................70 4.6.3.8. Tủ điện ..................................................................................................70 4.7. GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂ N WEB SERVER CỦA PLC ...................................71 4.7.1. Giao diện đăng nhậ p Web Server ................................................................71 4.7.2. Giao diện điều khiển tự tạo .........................................................................72
4.7.2.1. Trang "Màn hình điều khiển" ...............................................................72 4.7.2.2. Trang "Màn hình giám sát" ..................................................................74
vi
4.7.2.3. Mã lậ p trình WEB ................................................................................75 4.8. LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT .....................................................................................75 4.8.1. Cho phép hệ thống hoạt động ......................................................................75 4.8.2. Chọn màu 1; màu 2; màu 3 và phân loại .....................................................75 4.8.3. Chọn màu 4; màu 5; màu 6 và phân loại .....................................................75 4.8.4. Phân loại sản phẩm theo dung tích ..............................................................75 4.9.1. Chƣơng trình chính ......................................................................................80 4.9.2. Chƣơng trình con chọn màu ........................................................................82
K ẾT LUẬ N VÀ KIẾ N NGHỊ............................................................................. 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 84
vii
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. 1. Thành phần PLC S7-1200 ..............................................................................5 Hình 1. 2. Các bảng tín hiệu của PLC S7-1200 ..............................................................7 Hình 1. 3. Các module tín hi ệu của PLC S7-1200 ..........................................................8 Hình 1. 4. Các module truyền thông của PLC S7-1200 ..................................................8 Hình 2. 1. Kết cấu làm việc với TIA ...............................................................................9 Hình 2. 2. Thêm thiết bị mới vào đề án kiểu Portal ......................................................10 Hình 2. 3. Thêm thiết bị mới vào đề án kiểu Project.....................................................10 Hình 2. 4. Hộ p thoại "Add New Device" ......................................................................10 Hình 2. 5. Device view c ủa cấu hình phần cứng ...........................................................11 Hình 2. 6. Thuộc tính cài đặt IP PLC ............................................................................11 Hình 2. 7. Lệnh “Hardware detection” trong mục “Online” .........................................12 Hình 2. 8. Cấu hình của thiết bị đƣợc kết nối ................................................................12 Hình 2. 9. Lựa chọn thiết bị đƣợc tìm thấy ...................................................................13 Hình 2. 10. Các mục trong thẻ “Properties” ..................................................................13 Hình 2. 11. Kiểm tra PLC không có IP .........................................................................16 Hình 2. 12. Online & diagnostics PLC ..........................................................................16 Hình 2. 13. Hộ p thoại “Online & diagnostics" ..............................................................17 Hình 2. 14. Nhậ p IP của PLC ........................................................................................17 Hình 2. 15. Kiểm chứng lại IP PLC ..............................................................................17 Hình 2. 16. Cổng Profinet của PLC S7-1200 ................................................................18 Hình 2. 17. Bảng cấu hình cài đặt IP cho PLC S7-1200 trên TIA Portal......................18 Hình 2. 18. Cài đặt mật khẩu PLC.................................................................................19 Hình 2. 19. Tải chƣơng trình xuống PLC......................................................................20 Hình 2. 20. Hiển thị các k ết nối vớ i PLC ...................................................................... 21 Hình 2. 21. K ết thúc qua trình tải xuống .......................................................................21 Hình 2. 22. Giám sát chƣơng trình qua Monitor ...........................................................22 Hình 2. 23. Giám sát chƣơng trình qua Go online ........................................................22 Hình 2. 24. Bật giám sát chƣơng trình Monitor ............................................................22 Hình 2. 25. Cấu trúc lậ p trình ........................................................................................23
viii
Hình 2. 26. Tạo khối mã trong TIA Portal ....................................................................24 Hình 2. 27. Chèn các OB vào chƣơng trình ..................................................................24 Hình 2. 28. Lệnh định tỷ lệ ............................................................................................31 Hình 2. 29. Lệnh Write System Time............................................................................32 Hình 2. 30. Lệnh Read System Time. ...........................................................................33 Hình 3. 1. Giao diện Web chuẩn ...................................................................................34 Hình 3. 2. Hình Logging in ...........................................................................................35 Hình 3. 3. Hình Logging out .........................................................................................35 Hình 3. 4. Giao diện Web chuẩn ...................................................................................35 Hình 3. 5. Giao diện trang bắt đầu.................................................................................36 Hình 3. 6. Giao diện Identification ................................................................................36 Hình 3. 7. Giao diện Diagnostic Buffer .........................................................................37 Hình 3. 8. Giao diện Module Information .....................................................................37 Hình 3. 9. Giao diện Parameter .....................................................................................38 Hình 3. 10. Giao diện Statistics .....................................................................................38 Hình 3. 11. Giao diện Variable Status ...........................................................................39 Hình 3. 12. Giao diện Data Logs ...................................................................................39 Hình 3. 13. Giao diện User-defined web pages .............................................................40 Hình 3. 14. Sơ đồ thể hiện tổng quát cách nhúng User-defined web ............................41 Hình 3. 15. Input Target Level ......................................................................................43 Hình 3. 16. Submit setting .............................................................................................44 Hình 3. 17. Giao diện để cấu hình cho Web server .......................................................47 Hình 3. 18. Khối lệnh WWW ........................................................................................48 Hình 3. 19. Chƣơng trình minh họa WWW ..................................................................48 Hình 3. 20. Sơ đồ liên k ết trong mạng LAN .................................................................49 Hình 3. 21. Sơ đồ liên k ết trong mạng WAN ................................................................50 Hình 3. 22. Các thi ết bị k ết nối của Ví dụ .....................................................................51 Hình 3. 23. Các thi ết bị k ết nối máy tính vớ i PLC ........................................................ 51 Hình 3. 24. Cài đặt giá tr ị IP của PLC ...........................................................................52 Hình 3. 25. Đăng nhập vào cài đặt của Router ..............................................................52
ix
Hình 3. 26. Công cụ NAT trong Advanced Setup.........................................................53 Hình 3. 27. Thông số cài đặt của NAT ..........................................................................53 Hình 3. 28. Kiểm tra Port và IP tĩnh Router ..................................................................54 Hình 3. 29. Máy tính truy c ậ p sử dụng Internet 3G ......................................................54 Hình 3. 30. Web Server PLC S7-1200 hi ện lên trên Internet ........................................55 Hình 3. 31. Đăng nhậ p vào Web Server ........................................................................55 Hình 3. 32. Trang chúng ta điều khiển ..........................................................................56 Hình 3. 33. Đèn đã đƣợ c bật thông qua điều khiển từ Internet .....................................56 Hình 3. 34. Đèn đã đƣợ c tắt thông qua điều khiển từ Internet ......................................57 Hình 3. 35. Nhậ p giá tr ị vào PLC. .................................................................................57 Hình 3. 36. Tải giá tr ị xuống PLC thành công. .............................................................58 Hình 4. 1. PLC S7-1200 ................................................................................................60 Hình 4. 2. Khí cụ điện CB .............................................................................................60 Hình 4. 3. Relay trung gian ...........................................................................................60 Hình 4. 4. Van điện từ ...................................................................................................61 Hình 4. 5. Động cơ bơm sơn .........................................................................................61 Hình 4. 6. Nguồn biến áp...............................................................................................62 Hình 4. 7. Động cơ DC ..................................................................................................62 Hình 4. 8. Cảm biến áp suất ..........................................................................................63 Hình 4. 9. Công tắc hành trình ......................................................................................63 Hình 4. 10. Sơ đồ k ết nối PLC ......................................................................................64 Hình 4. 11. Sơ đồ mạch động lực ..................................................................................64 Hình 4. 12. Quy trình xử lý điều khiển..........................................................................66 Hình 4. 13. Mô hình Hệ thống pha màu tự động và phân loại ......................................68 Hình 4. 14. Các bồn chứa màu cơ bả n...........................................................................68 Hình 4. 15. Bơm và c ác Van xả màu cơ bản .................................................................68 Hình 4. 16. Bồn đinh lƣợng sơn đang pha .....................................................................69 Hình 4. 17. Cảm biến áp suất và Van xả bồn định lƣợ ng..............................................69 Hình 4. 18. Bồn tr ộn, động cơ trộ n và Van xả tr ộn .......................................................69 Hình 4. 19. Băng tải chính và thùng đựng sơn thành phẩ m ..........................................70
x
Hình 4. 20. Băng tải phụ và Cần gạt phân loại ..............................................................70 Hình 4. 21. Tủ điện của mô hình ...................................................................................70 Hình 4. 22. Giao diện Web Server ................................................................................71 Hình 4. 23. Đăng nhậ p Web Server...............................................................................71 Hình 4. 24. Trang "Màn hình điều khiển" .....................................................................72 Hình 4. 25. Trang "Màn hình giám sát" ........................................................................74 Hình 4. 26. Bản vẻ Autocad ..........................................................................................76 Hình 4. 27. Bản vẻ Autocad ..........................................................................................77 Hình 4. 28. Bản vẻ Autocad ..........................................................................................78 Hình 4. 29. Bản vẻ Autocad ..........................................................................................79
xi
DANH MUC BẢNG BIỂU Bảng 1. 1. Thông số k ỹ thuật các loại CPU.....................................................................6 Bảng 1. 2. Danh sách Modul h ỗ tr ợ PLC ........................................................................ 7 Bảng 2. 1. Kết Module vào PLC ...................................................................................15 Bảng 2. 2. Các cấp độ bảo mật PLC ..............................................................................20 Bảng 2. 3. Tập lệnh Bit logic .........................................................................................26 Bảng 2. 4. Các tậ p lệnh Timer .......................................................................................27 Bảng 2. 5. Các lệnh Counter ..........................................................................................28 Bảng 2. 6. Các lệnh so sánh ...........................................................................................29 Bảng 2. 7. Các lệnh toán học .........................................................................................29 Bảng 2. 8. Các lệnh di chuyển MOVE ..........................................................................30 Bảng 2. 9. Bảng dữ liệu nhậ p hàm SCALE_X và NORM_X. ......................................31 Bảng 2. 10. Kiểu dữ liệu DTL .......................................................................................32 Bảng 2. 11. Thông số của lệnh Write System Time ......................................................32 Bảng 2. 12. Thông số của lệnh Read System Time .......................................................33 Bảng 2. 13. Các lệnh toán tử word logic .......................................................................33 Bảng 3. 1. Các tham s ố của biến Varname để đọc biến từ PLC .................................... 42 Bảng 3. 2. Các tham s ố của Varname để ghi xuống ......................................................43 Bảng 3. 3. Các tham s ố đọc các biến đặc biệt ...............................................................44 Bảng 3. 4. Các tham s ố ghi các biến đặc biệt ................................................................45 Bảng 3. 5. Các tham s ố đọc các biến tham khảo ...........................................................46 Bảng 3. 6. Các tham s ố xác định loại enum ..................................................................47 Bảng 4. 1. Địa chỉ mạch động lực và sơ đồ k ết nối PLC ..............................................65 Bảng 4. 2. Thông số tỷ lệ màu pha [3] ..........................................................................65 Bảng 4. 3. Bảng phân địa chỉ vào và ra PLC.................................................................67
xii
BẢNG VIẾT TẮT PLC
Programmable Logic Controller : Thiết bị điều khiển tự động.
TIA Portal
Totally Integrated Automation Portal: Phần mềm tự động hóa tích hợp.
LAD
Ladder Diagram: ngôn ngữ lập trình trực quan.
FBD
Function Block Diagram: ngôn ngữ lập trình logic.
HMI
Human Machine Interface: Màn hình giao tiếp ngƣời dùng.
DI
Digital Input: đầu vào số.
DO
Digital Output: đầu ra số.
AI
Analog Input: đầu vào tƣơng tự.
SM
Modul tín hiệu
CM
Modul truyền thông
SB
Bảng tín hiệu trên PLC
RS232 &
Cổng kết nối dạng com
RS485 TCP
Transport Control Protocol: giao thức truyền thông mạng
JavaScript
Ngôn ngữ lậ p tình Java.
Html
Ngôn ngữ lập trình Web cơ bả n.
NAT
Network Address Translation: Chuyển đổi địa chỉ IP
IP
Internet Protocol: giao thức liên mạng
OB
Organization blocks
FC
Functions: hàm chức năng.
FB
Functions Block: khối chức năng.
DB
Data Block: khối dữ liệu.
HSC
Bộ đếm tốc độ cao
PTO
Máy phát xung
PWM
Bộ điều chế độ r ộng xung
xiii
BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ VIỆT ANH Mạng toàn cầu
Internet
Trang mạng
Web
Máy chủ
Server
Thiết bị mở rộng
Modul
Hƣớng dẫn
Instruction
Chức năng biểu đồ
Funtion Chart
Kiểm soát quá trình
Process control
Bảo vệ
Protection
Chuẩn truyền thông
PROFINET
Thiết bị
Device
Bộ định tuyến
Router
Không xác định
Unspecified
Phần cứng
Hardware
Phát hiện
Detection
Cấu hình
Properties
Khởi động
Startup
Giá trị lên 1
TRUE
Giá trị xuống 0
FALSE
Gán giá trị
SET
Xóa giá trị
RESET
Giới thiệu
Introduction
Xác định
Identification
Đệm chuẩn đoán
Diagnostic Buffer
Thông tin
Communication
Màn hình hiển thị thông số
Parameter display
Thống kê hiển thị
Statistics display
Tình trạng biến
Variable Status
Ghi dữ liệu
Data Logs
Trang Web tự tạo
User-defined web pages
1
MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, vớ i sự phát triển công nghiệ p hóa hiện đại hóa đất nƣớ c, việc ứng dụng các hệ thống điều khiển tự động trong các dây chuyền sản xuất công nghiệ p,
cũng nhƣ trong các thiết bị dân dụng nhằm nâng cao tính linh hoạt trong sản xuất và chất lƣợ ng sản phẩm, phục vụ những nhu cầu và lợ i ích của con ngƣờ i ngày càng nhiều. Nhờ sự phát triển nhanh chóng của k ỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển logic khả lập trình PLC (Programmable Logic Controller) đã xuấ t hiện thay thế các hệ thống
điều khiển rơ le. Càng ngày PLC đã trở nên hoàn thiện và đa năng hơn. Các PLC ngày nay không những có khả năng thay thế hoàn toàn các thiết b ị điều khiển logic cổ điển, mà còn có khả năng thay thế các thiết b ị điều khiển tƣơng tự. Các PLC đƣợ c s ử d ụng r ộng rãi trong công nghiệ p.
PLC có nhiề ề u ƣu điể ể m về ề điề ề u kh iể ể n , phƣơng diện quản lý , kết nối thống nhất giƣ̃a các thiết bị trong mạng truyền thông với nhau . Nhƣng môi trƣờng số hóa hiện nay đòi hỏi có thể kiểm soát điều khiển công việc tƣ̀ xa mọi lúc mọi nơi . Vì vậy để đáp ứng nhu cầu này cần dùng đến mạng truyền thông khổng lồ Internet và công cụ Web để có
thể kiểm soát và điều khiển hoạt độ ng của PLC . Sƣ̣ liên lạc thống nhất giƣ̃a các thiết bị trong hệ thống hoạt độ ng với nhau và với trung tâm điều hành tại chỗ và tƣ̀ xa là vô cùng cần thiết , đó là thế mạnh của các thiết bị điều khiển công nghiệp thế hệ mới . Tất cả có thể xây dƣ̣ ng và hoàn thiện nhờ vào mạng Internet và WEB . Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng nhƣ muốn làm quen và tìm hiểu việc điều khiển hệ thống dùng PLC và mạng Internet! Nên em chọn đề tài: Nghiên cứ u, ứ ng
dụng PLC S7-1200 điều khiển thiết bị qua mạng internet.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Tìm hiểu về PLC Simatic S7-1200: Nghiên cứu cấu trúc phần cứng, cấu trúc bộ nhớ của PLC S7-1200. Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm TIA Portal dùng để lậ p trình cho họ PLC Simatic S7-1200.
2
Tìm hiểu xây dựng giao diện điều khiển Web Server để điều khiển PLC S71200 thông quang mạng Internet.
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tƣợ ng nghiên cứu Nghiên cứu phần mềm lập trình điều khiển TIA Portal và các tậ p lệnh để xây dựng điều khiển Web Server. Viết chƣơng trình điều khiển mô hình thông qua Web Server và m ạng Internet. Phạm vi nghiên cứu Xây dựng giao diện điều khiển mô hình thông qua Web Server c ủa Siemens và mạng Internet. Tìm hiểu tổng quan về mô hình và các giao th ức k ết nối PLC vớ i mạng Internet.
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tìm hiểu tài liệu. Sử dụng k ết quả thực nghiệm. Vận dụng, k ế thừa tài liệu tham khảo, Đồ án của các khóa trƣớ c. Tham khảo các ý kiến góp ý.
5. BỐ CỤC ĐỒ ÁN Đồ án đƣợ c thực hiện vớ i các nội dung chủ yếu sau: Chƣơng 1: Giớ i thiệu về PLC Simatic S7-1200. Chƣơng 2: Giớ i thiệu về phần mềm TIA Portal. Chƣơng 3: Web Server và mạ ng Internet. Chƣơng 4: Thi công mô hình . Mặc dù đã nỗ l ực cố gắng trong quá trình thực hi ện đồ án nhƣng do kiến thức và thờ i gian có hạn nên không tránh khỏi những sai sót nhất định. Kính mong đƣợ c sự góp ý của các thầy cô và các bạn để đồ án đƣợ c hoàn chỉnh hơn.
3
CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG PLC (Programmable Logic Control) là thi ết bị có thể lập trình đƣợ c thiết k ế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lí t ừ đơn giản đến phức tạ p, tuỳ thuộc vào ngƣời điều khiển mà có thể thực hiện một loạt các chƣơng trình hoặc s ự ki ện này đƣợ c kích hoạt b ở i các tác nhân kích thích (hay còn gọi là ngõ vào)
tác động vào PLC hoặc qua các b ộ định thờ i (Timer) hay các s ự kiện đƣợc đếm qua bộ đếm. Khi một sự kiện đƣợ c kích hoạt nó PLC bật ON, OFF hoặc phát ra một chuỗi xung ra các thiết bị bên ngoài đƣợ c gắn vào ngõ ra c ủa PLC.
Nhƣ vậy nếu thay đổi các chƣơng trình đƣợc cài đặ t trong PLC là có th ể thực hiện các chức năng khác nhau trong các môi trƣờng điề u khiển khác nhau. Hiện nay
PLC đã đƣợ c nhiều hãng khác nhau sản xuất nhƣ: Siemens, Omron, Mitsubishi, Pesto, Alan Bradley, Shneider. Hitachi, …. Mặt khác PLC cũng đã bổ sung thêm các thiết b ị mở r ộng khác nhƣ: Các c ổng m ở r ộng AI (Analog Input), DI (Digital Input), các thiết bị hiển thị, các bộ vào [7].
1.2. ĐẶC ĐIỂM BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Nhu cầu về một bộ điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc
đẩy sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình đƣợ c (programmable control systems) hệ th ống s ử d ụng CPU và bộ nh ớ để điều khiển máy móc hay quá trình ho ạt
động. Trong bối cảnh đó, bộ điểu khiển lậ p trình (PLC – Programmable Logic Controller) đƣợ c thiết k ế nhằm thay thế phƣơng pháp điều khiển truyền thống dùng rơ le và thiết bị r ời cồng k ềnh và nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lậ p trình trên các l ệnh logic cơ bản. Ngoài ra, PLC còn có th ể thực hiện những tác vụ khác nhƣ định thời, đếm, … làm tăng khả năng điều khiển cho những hoạt động phức tạ p, ngay cả vớ i loại PLC nhỏ nhất. Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các tr ạng thái tín hiệu ngõ vào đƣợc đƣa về từ quá trình điều khiển, thực hiện các thao tác logic đƣợ c lập trong chƣơng trình và
đƣa ra tín hiệu điều khiển cho thiết b ị tƣơng ứng, vớ i các mạch giao tiế p chuẩn ở kh ối vào và khối ra của PLC cho phép nó k ết nối tr ực tiếp đến những cơ cấu tác động có
4
công suất nhỏ ở ngõ ra và nh ững mạch chuyển đổi tín hiệu ở ngõ vào, mà không cần có các mạch giao tiếp hay rơ -le trung gian. Tuy nhiên, khi dùng PLC điề u khiển những thiết bị có công suất lớ n cần phải có mạch điện tử công suất trung gian gắn thêm vào. Việc s ử d ụng PLC cho phép chúng ta hiệu ch ỉnh h ệ th ống điều khiển mà không cần có sự thay đổi nào về mặt k ết nối dây, sự thay đổi chỉ là thay đổi chƣơng trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng. Hơn nữ a, chúng ta còn có
ƣu điểm là thờ i gian lắp đặt và đƣa vào hoạt động nhanh hơn so vớ i những hệ thống truyền thống mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạ p giữa các thiết bị r ời . Về phần c ứng, PLC tƣơng tự nhƣ máy tính “truyền thông”, và chúng có các đặ c
điểm thích hợ p cho mục đích điều khiển trong công nghiệ p. Khả năng kháng nhiễu tốt. Cấu trúc dạng Modul cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối thêm Modul mở r ộng vào/ ra) và thêm chức năng (nối thêm Modul chuyên dùng). Việc k ết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra đƣợ c chuẩn hoá. Ngôn ngữ lậ p trình chuyên dùng Ladder, Instruction và Funtion Chart, dễ hiểu và dể sử dụng.
Thay đổi chƣơng trình điều khiển dễ dàng. Những đặc điểm trên làm cho PLC đƣợ c s ử d ụng r ộng rãi trong việc điểu khiển các máy móc công nghiệp và trong điề n khiển quá trình (Process – control).
1.3. GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 1.3.1. Tổng quan về PLC S7-1200 Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh
để điều khiển nhiều thiết b ị đa dạng h ỗ tr ợ các yêu c ầu v ề điều khiển t ự động. Sự k ết hợ p giữa thiết k ế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tậ p lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S71200 tr ở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau [1]. K ết hợ p một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợ p, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ra trong một k ết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ. Sau khi tải xuống một chƣơng trình, CPU sẽ chứa mạch logic đƣợ c yêu cầu để giám
sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng. CPU giám sát các ngõ vào và làm
5
thay đổi ngõ ra theo logic của chƣơng trình, có thể bao gồm các hoạt động nhƣ logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợ p và việc truyền thông vớ i các thiết bị thông minh khác. Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chƣơng
trình điều khiển:
Mỗi CPU cung cấ p một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép cấu hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU.
Có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong một khối xác định.
CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET. Các module truyền thông là có sẵn dành cho việc giao tiếp qua các mạng RS232 hay RS485. Cấu tạo của PLC S7-1200.
Hình 1. 1. Thành phần PLC S7-1200 (1) Bộ phận k ết nối nguồn. (2) Các bộ phận k ết nối nối dây có thể tháo đƣợ c và khe cắm thẻ nhớ nằm dƣớ i nắ p phía trên. (3) Các LED tr ạng thái dành cho I/O tích h ợ p. (4) Bộ phận k ết nối PROFINET (phía trên của CPU).
6
Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lƣợng giúp cho chúng ta tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau. Bảng 1. 1. Thông số k ỹ thuật các loại CPU Chức năng Kích thƣớ c vật lý (mm)
CPU 1211C CPU 1212C 90 x 100 x 75
CPU 1214C 110 x 100 x 75
Bộ nhớ làm việc
25 kB
50 kB
Bộ nhớ nạ p
1 MB
2 MB
Bộ nhớ giữ lại I/O tích hợ p cục bộ
2 kB 6 ngõ vào / 4
8 ngõ vào / 6
2 kB 14 ngõ vào /
Kiểu số
ngõ ra
ngõ ra
10 ngõ ra
Kiểu tƣơng tự Kích thƣớ c ảnh tiến trình Bộ nhớ bit (M) Độ mở r ộng các module tín hiệu
2 ngõ ra 2 ngõ ra 2 ngõ ra 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q) 4096 byte 8192 byte Không
2
Bảng tín hiệu
1
Các module truyền thông
3 (mở r ộng về bên trái)
8
4
6
Các bộ đếm tốc độ cao
3
3 tại 100 kHz
3 tại 100 kHz
Đơn pha
3 tại 100 kHz
1 tại 30 kHz
3 tại 30 kHz
Vuông pha
3 tại 80 kHz
3 tại 80 kHz
3 tại 80 kHz 3 tại 20 kHz
Các ngõ ra xung
1 tại 20 kHz 2
Thẻ nhớ
Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)
Thời gian lƣu giữ đồng hồ thờ i gian thực PROFINET
Thông thƣờ ng 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 400C 1 cổng truyền thông Ethernet
Tốc độ thực thi tính toán thực
18 μs/lệnh
Tốc độ thực thi Boolean
0,1 μs/lệnh
