Ứng dụng truyền thông công nghiệp sử dụng PLC S7-400

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC
---------------------------

BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP
SỬ DỤNG PLC S7-400
Đơn vị chủ trì:

Khoa Điện –Điện Tử

Chủ nhiệm đề tài:

Ths. Phạm Văn Lới
Ths. Đào Thị Mỹ Chi

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 2 năm 2017


BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP
SỬ DỤNG PLC S7-400

ĐỀ TÀI ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ THỦ ĐỨC

Tp. HCM, ngày 20 tháng 02 năm 2017
Trưởng đơn vị chủ trì

Tơn Ngọc Triều

Chủ nhiệm đề tài

Phạm Văn Lới
i

Đào Thị Mỹ Chi


UBND TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG CAO ĐẲNG

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC

ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ
NĂM HỌC 2016 - 2017
1. Tên đề tài:

Tiếng Việt: ỨNG DỤNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG PLC S7-400
Tiếng Anh: INDUSTRIAL COMMUNICATION APPLICATIONS USE PLC S7-400
2. Thời gian thực hiện: 06 tháng
Bắt đầu từ tháng 8 năm 2016 đến tháng 01 năm 2017
3. Đề tài có trùng với một đề tài đã hoặc đang tiến hành không?
Không.
4. Chủ nhiệm đề tài (Kèm theo Lý lịch khoa học theo biểu mẫu 02)
- Họ và tên: Phạm Văn Lới, Giới tính: Nam
- Chun mơn đào tạo: Điện khí hóa - Cung cấp điện
- Học hàm, học vị: Kỹ sư
- Chức vụ: Giảng viên
- Đơn vị công tác: Khoa Điện – Điện tử
- Địa chỉ liên hệ: 29/1, Đường 19, P. Linh Chiểu, Q. Thủ Đức, Tp. HCM
- Số điện thoại: 0908566142; Email:
Tóm tắt hoạt động nghiên cứu của chủ nhiệm đề tài
(Các chương trình, đề tài nghiên cứu khoa học đã tham gia, các cơng trình đã công bố
liên quan tới phương hướng của đề tài)
Thời gian

Tên đề tài/cơng trình

Tư cách
tham gia

5. Cơ quan phối hợp và cộng tác viên chính của đề tài

ii

Cấp quản lý/nơi cơng bố

(Ghi rõ các đơn vị và cá nhân đã được mời và nhận lời mời tham gia đề tài, mỗi cá nhân
tham gia Đề tài phải có bản Lý lịch khoa học theo mẫu 02 và ý kiến xác nhận đồng ý tham
gia đồng thực hiện đề tài)
Cơ quan phối hợp

Đồng chủ nhiệm

TT
1.

Họ và tên
Khoa Điện – Điện tử

Chuyên ngành

Đào Thị Mỹ Chi

Trường CĐ Công nghệ Thủ

Thiết bị mạng và nhà máy
điện

Đức
6. Cơ quan/đơn vị ứng dụng kết quả nghiên cứu
Tên cơ quan/đơn vị ứng dụng kết quả

Địa chỉ

TT

nghiên cứu

1.

Khoa Điện – Điện tử

53 Võ Văn Ngân – P. Linh Chiểu –

Trường CĐ Công nghệ Thủ Đức

Quận Thủ Đức – Tp. Hồ Chí Minh

7. Thuyết minh sự cần thiết của đề tai
- Tổng quan các cơng trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan tới vấn đề nghiên
cứu của đề tài.
Với nhu cầu rất lớn về đội ngũ kỹ thuật có thể đảm trách cơng việc lắp đặt, vận
hành các dây chuyền sản xuất hiện đại trong các nhà máy, trong các khu cơng nghiệp. Địi
hỏi việc áp dụng cơng nghệ tự động hóa là cần thiết. Mục tiêu của tự động hóa là tăng
năng suất lao động và sản xuất vật tư, sản phẩm có giá thành thấp, sản xuất nhanh hơn và
tốt hơn. Vai trị của cơng nghệ tự động hóa trong nền kinh tế quốc dân và sự phát triển
của xã hội là cực kỳ to lớn. Tự động hóa mang lại nhiều tiện ích trong muôn màu muôn
vẻ của cuộc sống văn minh hiện đại. Chính vì thế Đảng và Nhà nước ta đã xác định tự
động hóa là một trong bốn hướng cơng nghệ cao cần ưu tiên phát triển. Để có thể hội
nhập và phát triển trong xu thế tồn cầu hóa hiện nay, lĩnh vực tự động hóa Việt Nam cần
có một cộng đồng rộng lớn các chuyên gia tâm huyết, có môi trường học tập và nghiên
cứu lành mạnh và một chính sách vĩ mơ hỗ trợ tri thức phát triển thích nghi được với q
trình “phẳng” hóa thế giới hiện nay.

iii

Truyền thông công nghiệp ngày nay phát triển khá mạnh mẽ ở nước ta trong các
nhà máy sản xuất hiệ đại do cơng dụng rất lớn của nó. PLC cũng chiếm thị trường khơng
nhỏ, đặc biệt là PLC S7-400, nó giúp điều khiển máy móc với phần mềm lập trình mãnh
mẽ với nhiều ngơn ngữ khác nhau, chúng ta có thể dễ dàng lập trình tiêu chuẩn cho việc
vận hành và các chức năng giám sát, bảo vệ, thân thiện với người dùng. Nó có bộ vi xử lý
làm thơng minh hóa các chức năng điều khiển, đánh dấu một sự phát triển của cơng nghệ
tự động hóa.
Để giải quyết các vấn đề này, một mặt chúng ta phải khai thác và sử dụng các bộ
PLC S7-400 một cách hiệu quả, mặt khác chúng ta phải kết hợp PLC S7-400 với các thiết
bị khác để ứng dụng vào trong sản xuất nhằm đạt được mục tiêu đề ra.
Do đó, cần có các phương án đưa ra để nâng cao hiệu quả và đáp ứng được nhu
cầu thực tiễn, đề tài ỨNG DỤNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP TRONG PLC S7400 sẽ đưa ra hướng tiếp cận cho sinh viên ngành CNKT Điện – Điện tử trường CĐCN
Thủ Đức vào lĩnh vực tự động hoá sản xuất.
Đề tài sẽ nghiên cứu lý thuyết. Sau đó xây dựng các mơ hình lý thuyết trên phần
mềm WIN CC và tiến hành ứng dụng trên thiết bị.
- Lý do chọn đề tài:
+ Tính thời sự của đề tài:
Ứng dụng truyền thông công nghiệp trong PLC S7-400.
+ Tính cấp thiết đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, nâng cao chất lượng
đào tạo:
- Làm mơ hình lý thuyết ứng dụng trong giảng dạy mơn PLC.
- Làm mơ hình lý thuyết cho sinh viên tham khảo để nghiên cứu và học tập trong qúa
trình học tập.
8. Đơn vị, địa bàn tiến hành nghiên cứu (Phường/Xã, Quận/Huyện, Tỉnh/T.P, Vùng)
- Hiểu biết thực tế của tác giả về đơn vị, địa bàn nghiên cứu
+ Nghiên cứu về truyền thông công nghiệp.
+ Các xưởng thực hành Điện công nghiệp, Điện tử công nghiệp – Trường Cao đẳng
Công nghệ Thủ Đức Tp. HCM

9. Mục tiêu của đề tài
iv


- Nghiên cứu lý thuyết về PLC, mạng truyền thông cơng nghiệp;
- Xây dựng mơ hình lý thuyết thí nghiệm.
10. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu lý thuyết về truyền thông công nghiệp;
- Nghiên cứu mơ hình ứng dụng trong giảng dạy.
11. Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng để nghiên cứu đề tài
- Nghiên cứu lý thuyết.
- Thực nghiệm mơ hình lý thuyết.
12. Các chuyên đề nghiên cứu dự kiến của đề tài (tên,nội dung chính từng chuyên đề)
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP
CHƯƠNG 3: : MƠ HÌNH LÝ THUYẾT ỨNG DỤNG
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
13. Cấu trúc dự kiến báo cáo kết quả của đề tài (chi tiết hoá các chương mục)
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Đặt vấn đề

1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ
1.3. Phương pháp nghiên cứu
1.4. Ý nghĩa khoa học của đề tài
1.5. Giới hạn đề tài
1.6. Điểm mới của đề tài
1.7. Nội dung đề tài
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRUYỀN THƠNG CƠNG NGHIỆP
2.1 Truyền thơng cơng nghiệp
2.2. Phần mềm WIN CC

CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH LÝ THUYẾT ỨNG DỤNG
3.1. Giới thiệu
3.2. Mơ hình lý thuyết ứng dụng truyền thơng công nghiệp

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
4.1. Kết luận
v


4.2. Hướng phát triển
14. Tính đa ngành và liên ngành của đề tài
- Đề tài liên quan đến ngành/chuyên ngành: PLC
- Tính đa/liên ngành thể hiện như thế nào trong nội dung và quá trình triển khai của đề tài:
Truyền thơng cơng nghiệp – Tự động hóa
15. Khả năng sử dụng cơ sở vật chất, trang thiết bị (tên các phịng thí nghiệm sẽ được
sử dụng trong đề tài)
- Phịng thực hành Máy điện – Truyền động điện.
- Phòng thực hành PLC.
16. Khả năng hợp tác quốc tế
- Hợp tác đã/đang có (tên tổ chức và vấn đề hợp tác): chưa.
- Hợp tác sẽ có (tên tổ chức và vấn đề hợp tác): chưa.
17. Các hoạt động nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu lý thuyết


- Điều tra khảo sát
- Xây dựng mơ hình thử nghiệm



- Biên soạn tài liệu
- Viết báo cáo khoa học
- Hội thảo khoa học



- Tập huấn



- Các hoạt động khác



18. Kết quả dự kiến
18.1. Kết quả khoa học
- Dự kiến những đóng góp của đề tài: Mơ hình nghiên cứu và giảng dạy
- Số bài báo, sách, báo cáo khoa học dự kiến sẽ được công bố: 01
18.2. Kết quả ứng dụng
- Các sản phẩm cơng nghệ: mơ hình lý thuyết ứng dụng truyền thơng công nghiệp ;

vi


- Khả năng ứng dụng thực tế của các kết quả: Dùng làm mơ hình lý thuyết dùng cho học
tập, giảng dạy và nghiên cứu cho Bộ môn/ Khoa.
18.3. Kết quả ứng dụng khác
Làm tiền đề cho các nghiên cứu khác để phát triển các mơ hình thơng minh khác.
19. Nội dung và tiến độ thực hiện của đề tài
(các công việc cần triển khai, thời hạn thực hiện và sản phẩm đạt được)

TT

Thời gian thực hiện

Hoạt động nghiên cứu

Từ tháng

Đến tháng

1.

Thu thập và viết tổng quan tài liệu

8/2016

9/2016

2.

Xây dựng đề cương nghiên cứu chi tiết

8/2016

9/2016

CHƯƠNG 1

8/2016

9/2016

CHƯƠNG 2

9/2016

10/2016

3.

Điều tra khảo sát, thí nghiệm, thu thập 10/2016

Sản phẩm
khoa học

11/2016

số liệu...
CHƯƠNG 3

10/2016

12/2016

CHƯƠNG 4

10/2016

12/2016

Xử lý kết quả

12/2016

12/2016

Viết báo cáo các chuyên đề

10/2016

12/2016

Số chuyên đề (như mục 2)

10/2016

12/2016

Hội thảo giữa kỳ

10/2016

12/2016

Bổ sung số liệu/thử nghiệm/ứng dụng

10/2016

12/2016

Tổng kết số liệu

10/2016

12/2016

Viết báo cáo tổng hợp

12/2016

1/2017

Hội thảo lần cuối

11/2016

12/2016

Hoàn thiện báo cáo

11/2016

12/2016

7.

Nộp sản phẩm

12/2016

1/2017

8.

Nghiệm thu đề tài

12/2016

1/2017

4.

5.

6.

20. Phân bổ kinh phí (Tuỳ theo đặc điểm chun mơn của từng đề tài, các mục/tiểu mục
trong bảng sẽ có những thay đổi cho phù hợp)
vii


21. Tài liệu tham khảo để viết đề cương
- Tài liệu tiếng Việt:
[1]. Trương Đình Châu, Hồng Minh Trí, Nguyễn Đức Thành, Nguyễn Mộng Hùng.
“Scada: Phân tích và thiết kế”. NXB ĐHQG TPHCM. Năm 2011.
[2]. PGS. TS. Phạm Văn Hòa, Ths. Đặng Tiến Trung, Ths. Lê Anh Tuấn. “Hệ thống điều
khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA trong hệ thống điện”. NXB Bách Khoa Hà
Nội. Năm 2010.
[3]. Ths. Nguyễn Xuân Quang. “Giáo trình PLC S7-300 – Lý thuyết và ứng dụng” – Đại
học SPKT Tp. HCM – Năm 2006

- Tài liệu tiếng Anh:
[1]. Bentley System, Incorporated "The Fundamentals of SCADA", 2011.
[2]. Michael LeMay "SCADA Protocols", IEEE Std. 1397-2004.
[3]. John Tritek "Understanding SCADA System", Riptech, Inc 2001.

TP. HCM, ngày … tháng … năm …

TP. HCM, ngày 15 tháng 7 năm 2016

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG XÉT DUYỆT

TÁC GIẢ

Phạm Văn Lới

Đào Thị Mỹ Chi

TP. HCM, ngày … tháng … năm …

TP. HCM, ngày 15 tháng 7 năm 2016

PHỊNG KHOA HỌC CƠNG NGHỆ

TRƯỞNG ĐƠN VỊ

Tôn Ngọc Triều
TP. HCM, ngày … tháng … năm …
HIỆU TRƯỞNG

viii

DANH MỤC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 2.1: Mạng Profibus – Network Introduction

4

Hình 2.2: Kết nối Master S7300 với Slave S7200 qua mạng Profibus DP

4

Hình 2.3: Sử dụng cáp RS-485 kết nối qua chân số 3 và số 8

4

Hình 2.4: Chuyển đổi dữ liệu giữa Master S7300-S7400 và Slave S7200

5

qua các vùng nhớ I, Q, V
Hình 2.5: Kết nối Master S7300 với Slave S7300 qua mạng Profibus DP

5

Hình 2.6: Chuyển đổi dữ liệu giữa Master S7300 và Slave S7300 qua các

5

vùng nhớ I, Q
Hình 2.7: Cấu hình phần cứng giữa S7400 và ET200

6

Hình 2.8: Kết nối mạng Profibus giữa S7400 và ET200

7

Hình 2.9: Chọn địa chỉ mạng Profibus giữa S7400 và ET200

7

Hình 2.10: Vùng địa chỉ I và Q được sử dụng trong chương trình giữa

8

S7400 và ET200
Hình 2.11: Cấu hình phần cứng giữa S7300 và S7400

9

Hình 2.12: Kết nối mạng Profibus giữa S7300 và S7400

9

Hình 2.13: Cấu hình kết nối PROFIBUS giữa S7300 và S7400

10

Hình 2.14: Một Slave với địa chỉ 6 được tạo ra trong mạng PROFIBUS

10

Hình 2.15: Tạo Slave mới trong mạng PROFIBUS

11

Hình 2.16: chọn địa chỉ, kích thước, đơn vị để xác định dữ liệu I / O

11

Hình 2.17: Kết quả của cấu hình dữ liệu I / O như sau

12

Hình 2.18: Địa chỉ trong Master và Slave

12

Hình 2.19: Chương trình Master và Slave

13

Hình 2.20: Mạng Asi – Network Introduction

14

Hình 2.21: Mạng Asi – Master

15

Hình 2.22: AS–i Master CP242-2

16
ix


Hình 2.23: AS–i Master CP242-8

16

Hình 2.24: AS–i Master CP243-2

17

Hình 2.25: AS–i Master CP342-2

18

Hình 2.26: Cáp AS-i

18

Hình 2.27: Module AS-i

19

Hình 2.28: Chọn Install SIMATIC WinCC để cài đặt

20

Hình 2.29: Chọn Next trong hộp thoại User để tiếp tục

21

Hình 2.30: Chọn ngơn ngữ cài đặt

21

Hình 2.31: Chọn Next trong hộp thoại Author để tiếp tục

22

Hình 2.32: Quá trình copy RT Files bắt đầu

22

Hình 2.33: Q trình cài đặt thành cơng

22

Hình 2.34: Tạo dự án “Project” mới trên WinCC

23

Hình 2.35: Đặt tên dự án “Project” mới trên WinCC

23

Hình 2.36: Chọn máy tính cho dự án mới tạo

24

Hình 2.37: Tạo Driver

24

Hình 2.38: Kết nối với PLC

25

Hình 2.39: Chọn cổng MPI

25

Hình 2.40: Chọn địa chỉ trạm

26

Hình 2.41: Tạo Internal Tag

27

Hình 2.42: Tạo Tags quá trình

27

Hình 2.43: Tạo giao diện thiết kế đồ họa

28

Hình 2.44: Giao diện thiết kế đồ họa trên WinCC

29

Hình 2.45: Thiết lập thuộc tính chạy thực

30

Hình 3.1(a): Bảng kí hiệu trên phần mềm PLC

34

Hình 3.1(b): Bảng kí hiệu trên phần mềm PLC

34

Hình 3.2: Sơ đồ kết nối trên phần mềm PLC

35

Hình 3.3: Dự án mới trên phần mềm WinCC

40

Hình 3.4 (a): Tạo các Tag trên phần mềm WinCC

40

Hình 3.4 (b): Tạo các Tag trên phần mềm WinCC

41

x


Hình 3.5 (a): Thiết kế giao diện trên phần mềm WinCC

41

Hình 3.5 (b): Thiết kế giao diện trên phần mềm WinCC

42

Hình 3.5 (c): Thiết kế giao diện trên phần mềm WinCC

42

Hình 3.5 (d): Thiết kế giao diện trên phần mềm WinCC

43

Hình 3.6 (a): Hệ thống hoạt động trên phần mềm WinCC

43

Hình 3.6 (b): Hệ thống hoạt động trên phần mềm WinCC

44

Hình 3.7(a): Bảng kí hiệu trên phần mềm PLC

45

Hình 3.7(b): Bảng kí hiệu trên phần mềm PLC

46

Hình 3.7(c): Bảng kí hiệu trên phần mềm PLC

46

Hình 3.8 (a): Sơ đồ kết nối trên phần mềm PLC

47

Hình 3.8 (b): Sơ đồ kết nối trên phần mềm PLC

47

Hình 3.9: Dự án mới trên phần mềm WinCC

50

Hình 3.10 (a): Tạo các Tag trên phần mềm WinCC

50

Hình 3.10 (b): Tạo các Tag trên phần mềm WinCC

51

Hình 3.10 (c): Tạo các Tag trên phần mềm WinCC

51

Hình 3.10 (d): Tạo các Tag trên phần mềm WinCC

51

Hình 3.11(a): Thiết kế giao diện trên phần mềm WinCC

52

Hình 3.11(b): Thiết kế giao diện trên phần mềm WinCC

52

Hình 3.12 (a): Hệ thống hoạt động trên phần mềm WinCC

53

Hình 3.12 (b): Hệ thống hoạt động trên phần mềm WinCC

54

Hình 3.12 (c): Hệ thống hoạt động trên phần mềm WinCC

54

Hình 3.13(a): Bảng kí hiệu trên phần mềm PLC

55

Hình 3.13(b): Bảng kí hiệu trên phần mềm PLC

56

Hình 3.13(c): Bảng kí hiệu trên phần mềm PLC

56

Hình 3.14: Sơ đồ kết nối trên phần mềm PLC

57

Hình 3.15: Dự án mới trên phần mềm WinCC

61

Hình 3.16 (a): Tạo các Tag trên phần mềm WinCC

61

Hình 3.16 (b): Tạo các Tag trên phần mềm WinCC

62

Hình 3.16 (c): Tạo các Tag trên phần mềm WinCC

62

xi


Hình 3.17 (a): Thiết kế giao diện trên phần mềm WinCC

63

Hình 3.17 (b): Thiết kế giao diện trên phần mềm WinCC

63

Hình 3.18 (a): Hệ thống hoạt động trên phần mềm WinCC

64

Hình 3.18 (b): Hệ thống hoạt động trên phần mềm WinCC

65

Hình 3.18 (c): Hệ thống hoạt động trên phần mềm WinCC

65

Hình 3.18 (d): Hệ thống hoạt động trên phần mềm WinCC

66

Hình 3.18 (e): Hệ thống hoạt động trên phần mềm WinCC

66

xii


MỤC LỤC
TỰA

TRANG

Đề cương nghiên cứu đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm học
2016-2017

ii

Danh mục hình

ix
xiii

Mục lục
Chương I: TỔNG QUAN

1

1.1. Mục tiêu và nhiệm vụ

1

1.2. Phương pháp nghiên cứu

1

1.3. Ý nghĩa khoa học của đề tài

1

1.4. Giới hạn đề tài

1

1.5. Điểm mới của đề tài

1

1.6. Nội dung của đề tài

1

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN THÔNG CƠNG

2

NGHIỆP
2.1. Truyền thơng cơng nghiệp

2

2.1.1 Mạng PROFIBUS – NETWORK INTRODUCTION

3

2.1.2 Mạng ASI – NETWORK INTRODUCTION

13

2.2. Phần mềm WIN CC

19

2.2.1. Giới thiệu

19

2.2.2 Cài đặt phần mềm WinCC

20

2.2.3. Soạn thảo Projec Win CC

23

CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH LÝ THUYẾT ỨNG DỤNG

31

3.1. Giới thiệu

31

3.2. Mơ hình lý thuyết ứng dụng

33

3.2.1 Điều khiển giám sát hệ thống chiết rót, đóng nắp, dán nhãn, đóng gói

33

sản phẩm
3.2.1.1. Thiết kế trên phần mềm PLC

33

3.2.1.2. Thiết kế trên phần mềm WinCC

40
xiii


3.2.1.3. Hướng dẫn chạy mơ phỏng chương trình trên PLC và WinCC

43

3.2.2 Điều khiển giám sát hệ thống xử lý nước thải

44

3.2.2.1. Thiết kế trên phần mềm PLC

45

3.2.2.2. Thiết kế trên phần mềm WinCC

50

3.2.2.3. Hướng dẫn chạy mô phỏng chương trình trên PLC và WinCC

53

3.2.3 Điều khiển giám sát hệ thống pha màu sơn tự động

54

3.2.3.1. Thiết kế trên phần mềm PLC

55

3.2.3.2. Thiết kế trên phần mềm WinCC

61

3.2.3.3. Hướng dẫn chạy mơ phỏng chương trình trên PLC và WinCC

63

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

67

4.1. Kết luận

67

4.2 Hướng phát triển

68

TÀI LIỆU THAM KHẢO

69

xiv


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Mục tiêu và nhiệm vụ
 Nghiên cứu mạng truyền thông công nghiệp (Profibus, AS-i);
 Nghiên cứu lý thuyết về phần mềm điều khiển giám sát WinCC;
 Xây dựng mơ hình lý thuyết thực nghiệm.
1.2. Phương pháp nghiên cứu
 Ứng dụng lý thuyết để viết chương trình trên PLC S7-400;
 Thiết kế giao diện và chương trình điều khiển trên WinCC 7.2
 Sử dụng phần mềm WinCC và PLC S7-400, để kết nối, điều khiển và mô phỏng.
1.3. Ý nghĩa khoa học của đề tài
 Ứng dụng của mạng truyền thông công nghiệp trong PLC S7400;

 Ứng dụng của phần mềm WinCC;
 Kết hợp PLC S7- 400 và WinCC trong điều khiển các hệ thống sản xuất tự động.
1.4. Giới hạn đề tài
 Chỉ xây dựng mơ hình lý thuyết thực nghiệm;
 Chỉ kết nối mạng truyền thông giữa phần mềm PLC và WinCC trên máy tính cá
nhân, chưa kết nối các thiết bị trong xưởng thực hành PLC.
1.5. Điểm mới của đề tài
 Sử dụng kết hợp phần mềm PLC S7-400 V5.5 để kết nối với phần mềm WinCC
V7.2 trong điều khiền các dây chuyền sản xuất tự động;


Có thể sử dụng mơ hình lý thuyết làm tài liệu tham khảo trong giảng dạy học phần

PLC nâng cao hệ cao đẳng ngành CNKT Đ-ĐT tại trường CĐCN Thủ Đức.
1.6. Nội dung của đề tài
 Chương 1: Tổng quan
 Chương 2: Cơ sở lý thuyết truyền thông công nghiệp
 Chương 3: Mơ hình lý thuyết thực nghiệm
 Chương 4: Kết luận và hướng phát triển
1


CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP
2.1. Truyền thông công nghiệp
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) Là hệ thống giám sát điều
khiển và thu thập dữ liệu dựa trên nền tảng máy tính, từ mơ hình đơn lẻ, điều hành phân
tán đến kiến trúc mạng giúp truyền thông nhanh, linh động, chính xác và khoảng cách xa.
Hơn nữa, SCADA đã chuyển từ độc quyền sang tiêu chuẩn hóa về phần cứng và phần
mềm, sự thay đổi này giảm chi phí nâng cấp, vận hành và bảo trì cũng như cung cấp quản

lý với thông tin thời gian thực hổ trợ cho việc lập kế hoạch, giám sát và ra quyết định.
Các hệ thống SCADA là thành phần rất quan trọng trong hầu hết các cơ sở hạ tầng tối
quan trong của các quốc gia như:
 Nhà máy phát điện, truyền tải và phân phối điện năng;
 Nhà máy lọc ga, dầu và hệ thống quản lý đường ống;
 Hệ thống lọc và phân phối nước;
 Hệ thống sản xuất và xử lý hóa chất;
 Hệ thống đường sắt và vận chuyển khối lượng; ...
Mặc dù SCADA được dùng phổ biến nhất ở các mạng tự động lớn như các cơng ty
tiện ích cơng cộng, SCADA cịn có thể được dùng trong hầu hết các tiến trình điều khiển
tự động. Các công ty sử dụng dây chuyền lắp ráp, như nhà máy đóng chay, cũng có thể sử
dụng các tiện lợi từ SCADA. Tồn bộ các nhà máy có thể được tự động hóa giúp cho việc
sản xuất hiệu quả và tin cậy.
Hệ thống SCADA đã được phát triển từ đầu thập niên 1960. Sự ra đời của thế hệ
máy tính nhỏ (minicomputer) như Digital Equipment Corporation (DEC) PDP-8 và PDP11 làm cho điều khiển quá trình và sản xuất bằng máy tính là khả thi. Tiến trình của
Programmable Logic Controlers (PLC) cũng diễn ra song song. Khi máy vi tính được
phát triển, chúng được lập trình và thu gọn nhằm cạnh tranh với các chức năng, lập trình
và vận hành của PLC. Chính xác, sự cạnh tranh được phát triển giữa hai nghiên cứu và
tiếp diễn đến ngày hôm nay.Lúc đầu, hệ thống điều khiển chỉ hạn chế ở từng thiết bị cụ
thể. Sự kết hợp giữa các thiết bị điều khiển chỉ cục bộ ở thiết bị, nhà máy và không kết
2


nối với mạng bên ngoài. Hệ thống điều khiển bao gồm máy tính mini hoặc PLC trung tâm
kết nối với một số bộ điều khiển giao tiếp với động cơ, bơm, valve, công tắc, cảm biến.
Phần cứng (hardware) một mạng SCADA về bản chất là sự kết hợp của các máy
chủ, máy tớ và các thiết bị trường được kết nối bởi mạng truyền thơng. Điều khiển tiến
trình và logic được điều khiển bởi các máy chủ. Thông tin sử dụng bởi các máy chủ được
thu thập bởi các bộ điều khiển/cảm biến. Các máy tớ là các giao tiếp được sử dụng bởi
người vận hành để tương tác với hệ thống. Các máy chủ thông thường được đặt ở nhà

máy chính/trạm chính. Chúng truyền thơng với các bộ điều khiển cục bộ hoặc ở các vị trí
xa, các bộ điều khiển được đặt cần được giám sát hoặc điều khiển. Khi cần thiết, một hệ
thống SCADA có thể rất lớn và phủ rộng hàng trăm km, đặc biệt ở các hệ thống tiện ích
cơng cộng nơi mà các bộ điều khiển cần được đặt dọc theo hệ thống điện hoặc ống dẫn
dầu. Kích cỡ và độ phức tạp của một mạng SCADA biến đổi phụ thuộc vào tiến trình mà
nó điều khiển, kích thước của cơng trình tiện ích/ thương mại sử dụng nó. Một hệ thống
cung cấp điện tiêu biểu có thể lên đến 50.000 điểm thu thập dữ liệu trong khi một nhà
máy đóng chai có thể chỉ đòi hỏi một máy chủ và một số nhỏ PLC.
Cấu trúc của một hệ thống SCADA thông thường bao gồm các thành phần sau:
 Trạm điều khiển giám sát trung tâm
 Giao diện người – máy HMI (Human Machine Interface)
 Đơn vị đầu cuối từ xa RTU (Remote Terminal Units) hay PLC (Programable Logic
Controller)
 Mạng truyền thông để kết nối các thiết bị với nhau
Mạng truyền thông bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các thiết bị viễn
thông và các thiết bị chuyển đổi dồn kênh có chức năng truyền dữ liệu đến các khối điều
khiển và máy chủ. Mạng truyền thông công nghiệp phổ biến một số mạng sau đấy:
2.1.1 Mạng PROFIBUS – NETWORK INTRODUCTION

3


Hình 2.1: Mạng Profibus – Network Introduction

Hình 2.2: Kết nối Master S7300 với Slave S7200 qua mạng Profibus DP

Hình 2.3: Sử dụng cáp RS-485 kết nối qua chân số 3 và số 8
4

Hình 2.4: Chuyển đổi dữ liệu giữa Master S7300-S7400 và Slave S7200 qua các
vùng nhớ I, Q, V

Hình 2.5: Kết nối Master S7300 với Slave S7300 qua mạng Profibus DP

Hình 2.6: Chuyển đổi dữ liệu giữa Master S7300 và Slave S7300 qua các vùng nhớ
I, Q
5


 Giao tiếp giữa S7400 và ET200 qua mạng Profibus DP
Kết nối S7400 và ET200 qua PROFIBUS (Cung cấp nguồn, ngắt kết nối, thiết
lập địa chỉ ET200, kết nối S7400 và ET200 qua cáp PROFIBUS, bật điện trở ngắt)
Cấu hình phần cứng trong Simatic Step 7 (cấu hình trạm S7400, mở phần cứng,
chèn mạng PROFIBUS, chèn một Slave ET200)
Viết và tải chương trình vào S7400
Thực hiện theo các bước sau:
Cấu hình phần cứng CPU S7400 và các module

Hình 2.7: Cấu hình phần cứng giữa S7400 và ET200
Chú ý: Cấu hình phần cứng phải phù hợp, nếu không CPU sẽ báo lỗi
Cấu hình kết nối PROFIBUS: Nhấp chuột phải vào DP / Properties / New / nhập
tên thích hợp

6


Hình 2.8: Kết nối mạng Profibus giữa S7400 và ET200
Thêm ET200 với mạng PROFIBUS: Chọn bus/ nhấp chuột phải / Insert / DV0
slave / thiết lập địa chỉ cho Slave

Hình 2.9: Chọn địa chỉ mạng Profibus giữa S7400 và ET200

7


Thêm module I/O cho ET200: Chọn ET200, bắt đầu ở khe 3 / Chèn module thích
hợp

Hình 2.10: Vùng địa chỉ I và Q được sử dụng trong chương trình giữa S7400 và
ET200
Giám sát dự án; Tạo nên một biến trong Step 7; Insert đầu vào / đầu ra bảng biến
các module thêm vào trong ET200; Input có thể được cập nhật thơng qua điều khiển biến;
Outputs có thể được thiết lập thông qua điều khiển biến.
 Giao tiếp giữa S7300 và S7400 qua mạng Profibus DP
Kết nối S7400 và S7300 qua PROFIBUS (Cung cấp nguồn, ngắt kết nối, thiết lập
địa chỉ ET200, kết nối S7400 và ET200 qua cáp PROFIBUS, bật điện trở ngắt)
Cấu hình phần cứng trong Simatic Step 7 (Cấu hình S7400 và S7300 trạm, cấu
hình mạng PROFIBUS)
Viết và tải chương trình vào S7400; Viết và tải chương trình vào S7300
Thực hiện theo các bước sau:
Cấu hình phần cứng CPU S7400 và các module

8


Hình 2.11: Cấu hình phần cứng giữa S7300 và S7400
Thiết lập chế độ hoạt động cho CPU: Nhấp chuột phải vào DP / Properties/
Operation mode/ Check DP Slave

Hình 2.12: Kết nối mạng Profibus giữa S7300 và S7400
Mở cấu hình phần cứng, thêm mạng PROFIBUS / nhập tên thích hợp và chọn Slave
CPU 31x
9


Hình 2.13: Cấu hình kết nối PROFIBUS giữa S7300 và S7400
Mở cấu hình phần cứng, thêm mạng PROFIBUS / nhập tên thích hợp và chọn
Slave CPU 31x / click coupe

Hình 2.14: Một Slave với địa chỉ 6 được tạo ra trong mạng PROFIBUS
10