(Đồ án hcmute) mô hình bãi đỗ xe thông minh điều khiển bằng plc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH
ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC

GVHD: Th.S TRẦN VĂN SỸ
SVTH: TRẦN VĂN RIN
MSSV: 10901062

SKL 0 0 4 1 6 4

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 2/2016

do an


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH SƢ PHẠM KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH
ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC

GVHD : Th.S TRẦN VĂN SỸ
SVTH

: TRẦN VĂN RIN

LỚP

: 109010A

MSSV

: 10901062

Tp. Hồ Chí Minh - 2/2016

do an


PHẦN A
GIỚI THIỆU

i

do an

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1. Thông tin sinh viên

Họ và tên: Trần Văn Rin

MSSV: 10901062

Tel: 0971924092

Email:

Họ và tên: Phạm Văn Thuận

MSSV: 09201049

Tel: 01686805128

Email:

2. Thông tin đề tài

Tên của đề tài:
MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC
Mục đích của đề tài: Thực hiện và hồn hiện mơ hình bãi đỗ xe thơng minh điều khiển
bằng PLC.
Đồ án tốt nghiệp đƣợc thực hiện tại: Bộ môn Điện Tử Công Nghiệp, Khoa Điện - Điện
Tử, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
Thời gian thực hiện: Từ ngày 01/10/2015 đến 15 /01 /2016.
3. Các nhiệm vụ cụ thể của đề tài

-

Nhiệm vụ 1: Khảo sát bãi đỗ xe trên thực tế qua internet và truyền hình.

-

Nhiệm vụ 2: Triển khai thi cơng mơ hình bãi đỗ xe thơng minh

-

Nhiệm vụ 3: Lập trình cho PLC S7 – 1200 để điều khiển mơ hình hoạt động theo u cầu.

-

Nhiệm vụ 4: Thiết kế giao diện điều khiển trên win cc.

-

Nhiệm vụ 5: Kết nối với máy tính để điều khiển điều khiển toàn bộ hệ thống .

-

Nhiệm vụ 6: Thiết kế và thi công phần hệ thống cảnh báo cháy nổ theo hƣớng mơ hình.

-

Nhiệm vụ 7: Thiết kế và thi công hệ thống bảo mật bằng vân tay cho phù hợp.

-

Nhiệm vụ 8: Lắp ráp các khối điều khiển vào mơ hình.

-

Nhiệm vụ 9: Điều khiển thử nghiệm các thiết bị của bãi giữ xe.

-

Nhiệm vụ 10: Chỉnh sửa các lỗi điều khiển, lỗi lập trình và lỗi của các thiết bị.

-

Nhiệm vụ 11:Viết báo cáo luận văn.

-

Nhiệm vụ 12: Báo cáo đề tài tốt nghiệp.

ii

do an


4. Lời cam đoan của sinh viên

Chúng tôi – Trần Văn Rin và Phạm Văn Thuận cam đoan ĐATN là cơng trình
nghiên cứu của bản thân chúng tơi dƣới sự hƣớng dẫn của thạc sỹ Trần Văn Sỹ.
Các kết quả công bố trong ĐATN là trung thực và không sao chép từ bất kỳ cơng
trình nào khác.
Tp.HCM, ngày tháng năm 2016

SV thực hiện đồ án

Trần Văn Rin
Phạm Văn Thuận

Xác nhận của Bộ Môn

Tp.HCM, ngày tháng năm 2016
Giáo viên hƣớng dẫn
(Ký ghi rõ họ tên và học hàm học vị)

iii

do an


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM
Khoa Điện - Điện Tử
Bộ Môn Điện Tử Cơng Nghiệp

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Tp. Hồ Chí Minh, ngày.....tháng...... năm 2016

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Bản lịch trình này đƣợc đóng vào đồ án)
Họ tên sinh viên 1: Trần Văn Rin
Lớp: 109010A
MSSV: 10901062
Họ tên sinh viên 2: Phạm Văn Thuận

Lớp: 092010B
MSSV: 09201049
Tên đề tài: MÔ HÌNH BÃI ĐỖ XE THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC.
Tuần/ngày

Nội dung

Xác nhận GVHD

10 /2015 đến
05/11/ 2015

Tìm hiểu lý thuyết :
Tìm hiểu về PLC S7 1200.
Tìm hiểu về biến tần.
Tìm hiểu về động cơ servo.
Tìm hiểu về cảm biến báo khói.
Tìm hiểu về load cell.

06/11/2015
đến
15/11 /2015

Tìm hiểu phần mềm.
Tìm hiểu về phần mền Win CC trong hệ thống
SCADA.
Tìm hiểu về phần mền lập trình cho bo aduino
kết nối với cảm biến vân tay.
Tìm hiểu về động cơ 3 pha, động cơ servo
Tìm hiểu về phƣơng pháp kết nối servo.

Tìm hiểu kết nối xylanh quay với loadcell
Thi công phần cứng kết nối tồn mạch.
Viết chƣơng trình điều khiển.
Viết báo cáo
Khắc phục và chỉnh sửa mơ hình.

16/11/2015
đến
02/12 /2015
03/12 /2015
đến
05/01/2016
05/01/2016
đến
15/01/2016

GV HƢỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

iv

do an


LỜI CẢM TẠ
Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm tạ thầy Trần Văn Sỹ đã tận tình
hƣớng dẫn, chỉ bảo, kinh nghiệm quý báu cũng nhƣ hỗ trợ phƣơng tiện thí nghiệm
trong suốt q trình tìm hiểu, nghiên cứu đề tài.
Đồng thời cũng chúng em xin cảm tạ các thầy cô trong Khoa Điện - Điện Tử
đã tạo điều kiện, cung cấp cho nhóm những kiến thức cơ bản, cần thiết để chúng em có

điều kiện và đủ kiến thức để thực hiện quá trình nghiên cứu.
Đồng thời, nhóm cũng xin cảm tạ các thành viên trong lớp 092010 và lớp
109010 đã có những ý kiến đóng góp, bổ sung, giúp nhóm hồn thành tốt đề tài.
Ngồi ra, nhóm cũng đã nhận đƣợc sự chỉ bảo của các anh (chị) đi trƣớc.Các
anh (chị) cũng đã hƣớng dẫn và giới thiệu tài liệu tham khảo thêm trong việc thực hiện
nghiên cứu.
Cuối cùng nhóm thực hiện cũng gửi lời cảm tạ đến gia đình và những bạn bè
khác đã ln khích lệ tinh thần tạo động lực mạnh mẽ để dành thời gian nghiên cứu và
làm việc tích cực hồn thành những nội dung khoa học trong luận văn.

v

do an


TÓM TẮT
Cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử đang và sẽ
tiếp tục đƣợc ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao trong hầu hết các
lĩnh vực kinh tế kỹ thuật cũng nhƣ đời sống xã hội.
Trƣớc đây, để đóng mở các thiết bị điện, dây chuyền sản xuất hầu hết đều phải
sử dụng bằng tay.. Trong những năm gần đây, công nghệ ngày càng phát triển, việc
thực hiện các thao tác đóng mở thiết bị bằng tay dần đƣợc thay thế bằng các nút nhấn
qua màn hình máy tính. Ngồi ra nó cũng có tính ổn định cao hơn, hạn chế đƣợc
những tai nạn lao đơng, có thể giám sát từ xa thơng qua internet. Vì những lý do này
mà thiết bị nhƣ PLC… ngày càng phát triển.
Quyển đồ án này giúp ngƣời đọc có cái nhìn tổng quan về PLC S7-1200 và
công nghê mạng internet ADSL. Và tính bảo mật cao của cảm biến vân tay, có nhiều
ƣu điểm hơn so với nhiều phƣơng án bảo mật khác. Bên cạnh đó nhóm thực hiện đề tài
cịn hƣớng dẫn giúp ngƣời đọc có thể thực hành hệ thống điều khiển thiết bị điện thông
qua Web server của PLC S7-1200. Quyển đồ án này bao gồm 3 phần:

 Phần A: Giới thiệu
 Phần B: Nội dung (Gồm 5 Chƣơng)
 Chƣơng I:

Dẫn nhập

 Chƣơng II: Cở sở lý luận
 Chƣơng III: Thiết kế và thi công
 Chƣơng IV: Điều khiển và giám sát
 Chƣơng V: Kế t quả
 Phần C: Kết luận và hƣớng phát triển
Mặc dù nhóm thực hiện đề tài đã hoàn thiện đƣợc quyển đồ án, nhƣng do còn
hạn chế về kiến thức nên chắc chắn cịn nhiều thiếu sót. Nhóm thực hiện đề tài mong
nhận nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô cùng các bạn sinh viên.

vi

do an


MỤC LỤC
PHẦN A: GIỚI THIỆU ....................................................................................................i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .............................................................................. ii
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .....................................................iv
LỜI CẢM TẠ ..................................................................................................................v
TĨM TẮT.......................................................................................................................vi
MỤC LỤC .................................................................................................................... vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...............................................................................................x
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... xii
PHẦN B: NỘI DUNG .....................................................................................................1

Chƣơng 1. DẪN NHẬP...................................................................................................2
1.1

Lý do chọn đề tài................................................................................................2

1.2

Mục đích nghiên cứu..........................................................................................3

1.3

Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu...................................................3

1.4

Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................................3

1.5

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: ..........................................................4

1.6

Tình hình nghiên cứu: ........................................................................................4

Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ....................................................................................5
2.1 Phƣơng án nhóm thực hiện. ..................................................................................5
2.2 Giới thiệu PLC S7-1200. ......................................................................................5
2.2.1 Vài nét về lịch sử của PLC. .............................................................................5
2.2.2 Đặc điểm của PLC . .......................................................................................6

2.2.3Một vài ƣu điểm của PLC trong tự động. ........................................................9
2.2.4 Cấu trúc của một PLC : ...................................................................................9
2.2.5 Ngõ vào và ngõ ra của PLC. .........................................................................10
2.2.6 Chế độ làm việc. ............................................................................................11
2.2.7 Cổng truyền thông. .......................................................................................11
2.2.8 Phƣơng pháp lập trình . ................................................................................12
2.3 Tập lệnh S7-1200. ..............................................................................................13
2.4 Hệ thống khí nén. ................................................................................................14
2.4.1 Khả năng ứng dụng của khí nén. ...................................................................15
vii

do an


2.4.2 Các phần tử của hệ thống khí nén. ................................................................15
2.4.3 Cơ cấu chấp hành ..........................................................................................17
2.4.4 Xilanh quay. .................................................................................................18
2.5 Giới Thiệu Encorder. ...........................................................................................18
2.6 Biến Tần. ..............................................................................................................20
2.6.1 Biến tần là gì?...............................................................................................20
2.6.2 Nguyên lý hoạt động của biến tần. ...............................................................21
2.7 Động Cơ Servo. ..................................................................................................22
2.7.1 Sơ Đồ Khối...................................................................................................22
2.7.2 Sơ Đồ Nguyên Lý. ........................................................................................23
2.8 Cảm biến nhận dạng vân tay ................................................................................23
2.8.1 Giới thiệu cảm biến vân tay và các thơng số chính ......................................23
2.8.2 Ngun tắc hoạt động ...................................................................................24
2.8.3 Thông tin về sản phẩm. .................................................................................25
2.8.4 Giao diện phần cứng : ..................................................................................25
2.8.5 Các Tham số chính :......................................................................................26

2.9 Cảm biến Khói MQ135........................................................................................27
2.9.1 Giới thiệu.......................................................................................................27
2.9.2 Các thơng số chính. .......................................................................................28
Chƣơng 3. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ........................................................................29
3.1 Yêu cầu của mơ hình. ..........................................................................................29
3.2 Thiết kế mơ hình. .................................................................................................29
3.3 Lựa chọn Thiết Bị Sử Dụng Trong Mơ Hình. .....................................................33
3.3.1 PLC S7-1200. ................................................................................................33
3.3.2 Động cơ servo. .............................................................................................34
3.3.2.1 Sơ đồ cấ u trúc đô ̣ng cơ AC Servo (SGM-*****)...................................34
3.3.2.2 Thông số đô ̣ng cơ ...................................................................................35
3.3.2.3 Bô ̣ điề u khiể n drive của đô ̣ng cơ SERVOPACK (SGD-*****) .............36
3.3.2.4 Sơ đồ chân của driver SERVOPACK (SGD-02AS) ..............................36
3.3.3 Thiế t bi ̣khí nén . ............................................................................................37
3.3.4 Các đặt điểm của xy lanh quay đƣợc sử dụng trong mơ hình: ......................38
3.3.5 Động cơ 3 pha, inverter và encoder. .............................................................38
viii

do an


3.3.6 Trục vitme và kệ để xe. .................................................................................40
3.4 Sơ đồ đấ u dây PLC .............................................................................................43
3.5 Kế t quả mô hình. ..................................................................................................45
Chƣơng 4: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MƠ HÌNH ..............................................47
4.1 Điề u Khiể n Mô Hiǹ h ...........................................................................................47
4.2 Điề u Khiể n Và Giám Sát Hê ̣ Thố ng Trên SCADA. ............................................47
4.2.1 Tồng quan về SCADA. .................................................................................47
4.2.2 Hệ thống SCADA hiện đại............................................................................49
4.2.3 Hệ thống SCADA giao tiếp PLC S7-1200 với máy tính ..............................49

4.3 Giao diện điều khiển cho hệ thống. .....................................................................51
4.3.1 Giao diện giới thiệu giao tiếp SCADA .........................................................52
4.3.2 Giao diện điều khiển .....................................................................................52
Chƣơng 5: KẾT QUẢ ....................................................................................................54
5.1 Mơ Hình thực tế : .................................................................................................54
PHẦN C: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ......................................55
1. Kết luận: .................................................................................................................56
2. Hƣớng phát triển: ...................................................................................................56
PHỤ LỤC ......................................................................................................................57

ix

do an


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 PLC S7-1200 ....................................................................................................7
Hình 2.2.a Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển lập trình ................................................9
Hình 2.3 Máy nén khí kiểu piston .................................................................................16
Hình 2.4 Máy nén khí kiểu cánh gạt .........................................................................17
Hình 2.5 Máy nén khí kiể u trục vít................................................................................17
Hình 2.6 Xy lanh quay...................................................................................................18
Hình 2.7 Giới thiệu encoder ..........................................................................................19
Hình 2.8 Nguyên Lý hoạt dộng encoder .......................................................................20
Hình 2.9 Sơ đồ mạch bên trong của một biến tần: ........................................................20
Hình 2.10 Sơ đồ chi tiết mạch điện của biến tần: ..........................................................21
Hình 2.11 Dạng sóng điện áp và dịng điện đầu ra biến tần: .........................................21
Hình 2.12 Sơ đồ khối .....................................................................................................22
Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý của Servo ...........................................................................23
Hình 2.14 Cảm biến khói ( khí ga ) ...............................................................................27

Hình 3.1 Bãi giữ xe theo kiểu hình trụ. .........................................................................29
Hình 3.2 Kiểu giữ xe giống nhà nhiều tầng...................................................................30
Hình 3.3 Bãi giữ xe có hai kệ đặt song song. ................................................................30
Hình 3.4 Sơ đồ khối của mơ hình. ................................................................................31
Hình 3.5 Bộ nguồn 24VDC ...........................................................................................32
Hình 3.6 PLC S7-1200. .................................................................................................33
Hình 3.7 Động cơ servo. ................................................................................................34
Hình 3.8 Cấ u trúc đơ ̣ng cơ AC-Servo............................................................................35
Hình 3.9 Thơng sớ của đơ ̣ng cơ Servo .........................................................................35
Hình 3.10 Bơ ̣ điề ukhiể ncủaServoPack ..........................................................................36
Hình 3.11Xy lanh đẩy....................................................................................................37
Hình 3.12Xy lanh quay..................................................................................................38
Hình 3.13 Động cơ 3 pha đặt trên. ................................................................................39
Hình 3.14 Encoder. ........................................................................................................39
Hình 3.15Sơ đờ Inverter. ...............................................................................................40
x

do an


Hình 3.16 Kệ để xe ........................................................................................................41
Hình 3.17 Trụcvitme. ....................................................................................................41
Hình 3.18 Thơng số của trục vitme. ..............................................................................42
Hình 3.19 Sơ đờ đấ u dây PLC. ......................................................................................43
Hình 3.20 Sơ đồ kết nối ngõ ra PLC và xy lanh............................................................43
Hình 3.21 Sơ đồ kết nối ngõ ra PLC với SERVO .........................................................44
Hình 3.22 Sơ đồ kết nối ngõ ra PLC với biến tần. ........................................................44
Hình 4.1 Lƣu đờ giải th ̣t PLC S7 200 ........................................................................47
Hình 4.2 Sơ đồ giao tiếp của một hệ thống SCADA căn bản. ......................................50
Hình 4.3 Giao diện giới thiệu ........................................................................................52

Hình 4.4 Giao diện điều khiển .......................................................................................52
Hình 5.1: Mơ hình hoàn chin̉ h baĩ giƣ̃ xe tƣ̣ đô ̣ng ........................................................54

xi

do an


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 So sánh PLC với hệ thống khác .................................................................................. 8
Bảng 2.2 Sơ đồ chân cổng truyền thông. .................................................................................. 12
Bảng 3.1: Địa chỉ ngõ vào ........................................................................................................ 45
Bảng 3.2 Địa chỉ ngõ ra ............................................................................................................ 45

xii

do an


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

PHẦN B
NỘI DUNG

PHẦN B: NỘI DUNG

do an


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chƣơng 1. DẪN NHẬP
1.1 Lý do chọn đề tài
Trong thời đại cơng nghiệp hiện nay, q trình tự động hóa đang ngày một
hồn thiện, giúp con ngƣời điểu khiển máy móc một cách dễ dàng, khơng cần tốn
nhiều công sức và PLC là một thiết bị đang đƣợc sử dụng rộng rãi để phục vụ cho
việc điều khiển tự động này. Gần đây, bên cạnh những PCL đã và đang đƣợc ƣa
chuộng nhƣ PLC S7-200, S7-300, S7-400,.. hãng SIEMEN đã cho ra mắt PLC S71200, đƣợc phát triển lên từ PLC S7-200. Thiết bị này có nhiều ƣu điểm vƣợt trội so
với những dịng PLC trƣớc đó. Nhận thấy thiết bị này sẽ ngày càng đƣợc ứng dụng
rộng rãi trong cơng nghiệp hiện đại, nhóm chúng em sau khi tham khảo ý kiến và
đƣợc sự cho phép của giảng viên hƣớng dẫn, đã quyết định tìm hiểu và nghiên cứu
PLC S7-1200 để làm đồ án tốt nghiệp của nhóm.
Vì PLC S7-1200 chỉ mới ra đời trong những năm gần đây với những ứng dụng
vô cùng phong phú nên tài liệu tham khảo tiếng Việt còn hạn chế, do đó nhóm
chúng em chỉ chọn ứng dụng Web server của PLC S7-1200 để nghiên cứu thực hiện
đề tài này. Đây là một ứng dụng rất hay của PLC S7-1200, giúp điều khiển các thiết
bị qua mạng LAN và Internet một cách dễ dàng. Bên cạnh việc sử dụng PLC S71200 để điều khiển các thiết bị điện, việc giám sát q trình thực hiện cơng việc của
thiết bị cũng rất quan trọng, giúp ngƣời sử dụng biết đƣợc các thiết bị thực thi có
đúng các lệnh đã đƣợc đƣa ra hay không và những lỗi xảy ra trong quá trình các
thiết bị hoạt động. Vì vậy, nhóm chúng em đã thực hiện phần giám sát và điều khiển
các thiết bị thông qua phần mền win CC trong hệ thống SCADA, kết nối phần cứng
các thiết bị liên quan đến đề tài để thực hiện mơ hình đặt ra theo yêu cầu. Để bắt
kịp xu hƣớng phát triển của xã hội, nhóm đã chọn đề tài “MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE
THÔNG MINH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC.”.
Đề tài này bám sát với nhu cầu thực tế của xã hội, khi mà nghành tự động
hóa càng phát triển.

CHƢƠNG 1: DẪN NHẬP

2

do an


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.2 Mục đích nghiên cứu
Đề tài đƣợc thực hiện với mục đích sau:
 Lập trình cho Aduino kết nối với cảm biến vân tay xuất tín hiệu ra để
giao tiếp với PLC.
 Ngày nay thì ngành cơng nghệ tự động hóa đang phát triển mạnh ở hầu
hết các quốc gia trên thế giới nên việc điều khiển và giám sát hoạt động
qua giao tiếp SCADA và giám sát chiếc xe bằng công nghệ nhận dạng
riêng vân tay của từng cá nhân đã trở nên hiện thực hơn, tiện lợi hơn vào
đời sống thực tiễn của con ngƣời.
 Xử lý và đọc tín hiệu từ loadcell.
 Lập trình trên S7-1200 để xử lý các yêu cầu đặt ra.
1.3 Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu :
 PLC S7-1200.
 Phần mền lập trình TIA Portal V13.
 Cảm biến
 Aduino kết nối với cảm biến vân tay.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài:
-

Thiết kế ở dạng mơ hình nên muốn ứng dụng vào thực tế thì phải sử
dụng các loại động cơ có cơng sức lớn hơn ở dây chuyền thực tế hơn.

-

Sử dụng một cảm biến báo cháy để giám sát nên chỉ giám sát đƣợc một
vị trí cụ thể trong bãi giữ xe.

-

Và những yêu cầu khác liên quan đến đề tài nằm ngồi phạm vi thì
nhóm chƣa tìm hiểu.

1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu
 Tham khảo thực tế.


Tìm hiểu lý thuyết.

Do đây là một đề tài khá mới mẽ nên trong thời gian thực hiện đồ án nhóm thực
hiện đề tài gặp nhiều khó khăn ở nguồn tài liệu.
Nhóm thực hiện đề tài sử dụng hai phƣơng pháp chủ yếu:

CHƢƠNG 1: DẪN NHẬP

3

do an


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
 Phƣơng pháp tham khảo tài liệu:
Nguồn tài liệu chủ yếu bằng tiếng anh do hãng SIEMEN cung cấp đi kèm
với PLC S7-1200.
Tham khảo tài liệu nghiên cứu từ các diễn đàn về PLC.

 Phƣơng pháp thực hành: Song song với việc đọc tài liệu nhóm thực hiện đề
tài đã thực hành trên PLC S7-1200 để dễ dàng nắm bắt đƣợc lý thuyết.
 Thực nghiệm trên mô hình.
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
Quyển đồ án này nghiên cứu lý thuyết và thực hành dự trên cơ sở lý thuyết là tài
liệu hƣớng dẫn của hãng SIEMEN, từ đó thiết kế 1 hệ thống các thiết bị điện đƣợc
điều khiển giám sát qua SCADA sử dụng PLC S7-1200. Vì vậy nhóm thực hiện đề
tài hy vọng quyển đồ án này sẽ tiếp tục là nguồn tài liệu tham khảo lý thuyết và thực
hành trên PLC S7-1200 dùng cho các bạn sinh viên khóa sau cũng nhƣ những ngƣời
u thích PLC.
1.6 Tình hình nghiên cứu:
 Hiện nay trên thế giới cũng nhƣ trong nƣớc ta đã có những mơ hình đã đi vào
thực tế và đáp ứng đƣợc những yêu cầu chính của một bãi đỗ xe tự động.
 Trên các diễn đàn PLC rất nhiều kĩ sƣ và các bạn sinh viên đã và đang
nghiên cứu rất nhiều về PLC S7-1200 và đã có đƣợc những kiến thức nhất định.
 Vấn đề bảo mật bằng vân tay cũng áp dụng rộng rãi trong đời sống hằng
ngày.
 Với những tình hình nêu trên thì nhóm dựa vào tình hình thực tế để thực hiện
đề tài đáp ứng đƣợc yêu cầu đã đề ra.

CHƢƠNG 1: DẪN NHẬP

4

do an


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Phƣơng án nhóm thực hiện.
Nhóm thực hiện đề tài sử dụng hai phƣơng án chủ yếu:
 Phƣơng án tham khảo tài liệu:
 Nguồn tài liệu chủ yếu bằng tiếng anh đƣợc tìm kiếm trên mạng internet.
 Tham khảo tài liệu nghiên cứu của các thành viên trên diễn đàn và một số
tài liệu do các anh chị năm trƣớc làm đồ án để lại.
 Phƣơng án thực hành: Song song với việc đọc tài liệu nhóm thực hiện đề
tài đã thực hành trên trực tiếp trên CPU 1212C của hãng SIEMENS để dễ dàng nắm
bắt đƣợc lý thuyết.
2.2 Giới thiệu PLC S7-1200.
PLC (Programmable Logic Control): thiết bị điều khiển logic khả trình là loại thiết
bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển logic thơng qua một ngơn
ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật tốn đó bằng mạch logic.
2.2.1 Vài nét về lịch sử của PLC.
PLC bắt đầu phát triển từ năm 1968 để đáp ứng một yêu cầu của hãng
Hydraumatic Division of General Motors (GM). Thời gian này, GM thƣờng mất
nhiều thời gian để thay thế hệ thống điều khiển dựa trên relay mỗi khi cần hiệu
chỉnh hay thay đổi mẫu mã của xe hơi. Để giảm chi phí cao về việc nối lại dây, kỹ
thuật điều khiển của GM gọi hệ thống điện tử có sự linh động của máy tính, có thể
lập trình và bảo dƣỡng bởi các kỹ sƣ và các chun gia trong xí nghiệp. Nó cũng có
thể chịu đựng đƣợc bụi bẩn của khơng khí, sự rung, nhiễu điện, độ ẩm và nhiệt độ
cao trong các môi trƣờng công nghiệp.
PLC đầu tiên đƣợc lắp đặt vào năm 1969 và thành cơng nhanh chóng. Những
chức năng giống nhƣ relay đƣợc thay thế, thậm chí những PLC đầu tiên cũng có độ
tin cậy hơn hệ thống relay, lý do là thành phần điện tử của nó đơn giản so với các
phần chuyển động của các relay điện cơ. Nó chiếm ít không gian hơn các counters,
timers và các thành phần điều khiển khác mà nó thay thế. Khả năng lập trình lại của
nó rất lớn khi có sự thay đổi về kế hoạch điều khiển.

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

do an

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Có lẽ chìa khóa lớn nhất để PLC có thể chấp nhận đƣợc trong cơng nghiệp là
ngơn ngữ lập trình đầu tiên dựa trên giản đồ hình thang (ladder diagram) và các ký
hiệu thƣờng dùng của thợ điện.
Hầu hết các nhân viên trong xí nghiệp đƣợc huấn luyện theo mức logic hình
thang nên họ dễ dàng chấp nhận nó trong PLC. Thực ra mức logic hình thang có vai
trị chung trong việc lập trình và sửa chữa, cho dù ngơn ngữ lập trình tân tiến hơn đã
đƣợc phát triển.
2.2.2 Đặc điểm của PLC .
Với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật máy tính nhƣng chúng ta vẫn dùng
PLC để điều khiển máy trong công nghiệp là vì:
Một PLC đơn giản có thể dùng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, từ việc
điểu khiển lặp đi lặp lại một tác vụ đơn giản nào đó cho đến việc điều khiển để chạy
chỉ một tác vụ phức tạp. Các chƣơng trình điểu khiển có thể đƣợc thay đổi một cách
dể dàng, cải tiến để phù hợp với hoạt động mới. Chƣơng trình điều khiển có thể dể
dàng nạp vào nhiều PLC, dể dàng trao đổi chƣơng trình. Thời gian đáp ứng nhanh
trở thành một tiêu chuẩn đối với PLC.Điều này là cần thiết bởi vì trong điều khiển
cơng nghiệp, các tín hiệu từ các cảm biến thay đổi rất nhanh. Trong PLC có sẳn các
bộ đếm, bộ định thì có thể sử dụng với nhiều độ chính xác khác nhau, khi trong q
trình điều khiển có cần thêm. Có thể chấp nhận đƣợc về tính kinh tế khi PLC đƣợc
sử dụng trong các hệ thống điều khiển có 4 relay hay nhiều hơn. Khi dùng PLC có
thể giao tiếp với các thiết bị nhƣ đèn LED 7 đoạn, bộ chọn nhấn ( thumbwheels),
các chức năng về xử lý tín hiệu analog, xử lý tín hiệu tần số cao...Cho phép có thể
hiển thị đồ hoạ trên một hệ thống.Truyền thơng: Những hoạt động giao tiếp với

những PLC khác hay mạng máy tính giúp cho việc thu thập dữ liệu và trao đổi
thông tin đƣợc dể dàng.

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

do an

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 2.1 PLC S7-1200
Trong PLC, phần cứng CPU và chƣơng trình là hai đơn vị cơ bản cho quá
trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ
đƣợc xác định bởi một chƣơng trình.Chƣơng trình này đƣợc nạp sẵn vào bộ nhớ của
PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chƣơng trình này. Nhƣ vậy nếu
muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy trình cơng nghệ, ta chỉ cần thay đổi
chƣơng trình bên trong bộ nhớ của PLC. Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ
đƣợc thực hiện một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp mang tính vật lý
nào so với các bộ điều khiển dùng dây nối và relay.

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

do an

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

So sánh PLC với một số hệ thống khác:

Chỉ tiêu so sánh

Rơ-le

Mạch số

Máy tính

PLC

Khá thấp

Thấp

Cao

Thấp

Kích thƣớc vất lý

Lớn

Rất gọn

Khá gọn

Rất gọn

Tốc độ điều khiển

Chậm

Rất nhanh

Khá nhanh

Nhanh

Xuất sắc

Tốt

Khá tốt

Tốt

Mất thời gian thiết

Mất thời gian

Mất nhiều

Lập trình và

kế và lắp đặt

thiết kế

thời gian lập

lắp đặt đơn

trình

giản

Khơng

Có

Có

Có

Rất khó

Khó

Khó

Đơn giản

Giá thành từng
chức năng

Khả năng chống
nhiễu
Lắp đặt

Khả năng điều
khiển tác vụ phức
tạp
Dễ thay đổi điều
khiển

Kém- có rất
Cơng tác bảo trì

Kém-có rất nhiều

Kém- nếu IC

nhiều mạch

cơng tác

đƣợc hàn

điện từ
chundùng

Tốt- các
module đƣợc
tiêu chuẩn hóa.

Bảng 2.1 So sánh PLC với hệ thống khác

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

do an

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.2.3Một vài ƣu điểm của PLC trong tự động.
- Thời gian lắp đặt cơng trình ngắn gọn.
- Dễ dàng thay đổi mà khơng tổn thất tài chính.
- Có thể tính tốn đƣợc chính xác giá thành.
- Cần ít thời gian huấn luyện.
- Dễ dàng thay đổi thiết kế nhờ phần mềm.
- Ứng dụng trong phạm vi rộng.
- Dễ bảo trì, các chỉ thị ra vào giúp xử lý sự cố dễ hơn và nhanh hơn.
- Độ tin cậy cao.
- Chuẩn hóa đƣợc phần cứng điều khiển.
- Thích ứng trong môi trƣờng khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động,
tiếng ồn.
2.2.4 Cấu trúc của một PLC :
- Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có hai phần: khối xử lý trung tâm
(CPU: Central Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ra (I/O)

IN
PUT

CENTRAL
PROCESSING
UNIT

OUT

PUT

Hình 2.2.a Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển lập trình
- Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm 3 phần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và
hệ thống nguồn cung cấp
Đơn vị xử lý trung tâm:
Là bộ vi xử lý, liên kết với các hoạt động của hệ thống PLC, thực hiện chƣơng
trình, xử lý tín hiệu nhập xuất và thơng tin liên lạc với các thiết bị bên ngoài.
Bộ Nhớ (Memory):
Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau, đây là nơi lƣu trữ trạng thái hoạt động của hệ
thống, và bộ nhớ của ngƣời sử dụng. Để đảm bảo cho PLC hoạt động, phải cần có
bộ nhớ để lƣu trữ chƣơng trình, đơi khi cần mở rộng bộ nhớ để thực hiện các chức
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

do an

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
năng khác nhƣ: Vùng đệm tạm thời lƣu trữ trạng thái của các kênh xuất/nhập đƣợc
gọi là RAM xuất/ nhập. Lƣu trữ tạm thời các trạng thái của các chức năng bên
trong: Timer, Counter, Relay. Bộ nhớ gồm có những loại sau:
Bộ nhớ chỉ đọc (ROM: read only memory): ROM không phải là một bộ nhớ
khả biến, nó có thể lập trình chỉ một lần. Do đó khơng thích hợp cho việc điều khiển
“mềm” của PLC. ROM ít phổ biến so với các loại bộ nhớ khác.
Bộ nhớ ghi đọc (RAM ): RAM là một bộ nhớ thƣờng đƣợc dùng để lƣu trữ
dữ liệu và chƣơng trình của ngƣời sử dụng. Dữ liệu trong RAM sẽ bị mất đi nếu
nguồn điện bị mất, tuy nhiên vấn đề này đƣợc giải quyết bằng cách gắn thêm vào
RAM một nguồn điện dự phòng. Ngày nay trong kỹ thuật phát triển PLC ngƣời ta

dùng CMOSRAM nhờ sự tiêu tốn năng lƣợng khá thấp của nó và cung cấp pin dự
phịng cho các RAM này khi mất nguồn. Pin dự phòng có tuổi thọ ít nhất một năm
trƣớc khi cần thay thế, hoặc ta chọn pin sạc gắn với hệ thống, pin sẽ đƣợc sạc khi
cấp nguồn cho PLC.
Bộ nhớ chỉ đọc chƣơng trình và xóa : ( EPROM: Erasable Programmable
Read Only Memory): EPROM kết hợp khả năng truy linh động của RAM và tính
khả biến của EPROM, nội dung trên EPROM có thể bị xố và lập trình bằng điện,
tuy nhiên chỉ giới hạn trong một số lần nhất định.
2.2.5 Ngõ vào và ngõ ra của PLC.
PLC nhận các ngõ vào và tác động đến ngõ ra để giám sát và điều khiển các
quá trình. Các ngõ vào và ngõ ra có thể phân chia thành 2 loại tiêu biểu: logic và
liên tục. Các giá trị liên tục phụ thuộc nhiều vào trực giác, nên điều khiển logic vẫn
đƣợc sử dụng nhiều hơn do nó cho kết quả xác định và dễ điều khiển hơn. Dĩ nhiên
chọn loại nào còn phụ thuộc vào yêu cầu điều khiển.
Ngõ ra của PLC đƣợc kết nối với các thiết bị chấp hành để điều khiển hệ
thống, các thiết bị này bao gồm: solenoid valve, light, motor starter…Ngõ ra PLC
thƣờng sử dụng relay hoặc các transistor cho tải DC và Triac cho tải AC.Ngõ vào
PLC nhận tín hiệu từ các cảm biến.Cảm biến có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu vật lý
thành tín hiệu điện. Các loại cảm biến khác nhau bao gồm: công tắc tiếp xúc, công
tắc, chiết áp….

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

do an

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Ngõ vào: các loại PLC nhỏ, ngõ vào thƣờng đƣợc tích hợp bên trong và đƣợc

xác định khi mua PLC . Các PLC lớn hơn,các ngõ vào đƣợc gắn ở dạng module
hoặc card mở rộng .Điện áp ngõ vào PLC gổm nhiều dãi khác nhau tuỳ loại PLC:
12-24 VDC

24VDC

100-120VAC

48VDC

12-24VAC/DC

200-240VAC

Ngõ ra: tƣơng tự nhƣ ngõ vào ,ngõ ra PLC khơng dung để cung cấp nguồn
mà nó hoạt động nhƣ 1 cơng tắc.Nguồn bên ngồi sẽ cấp cho card ngõ ra và nó sẽ
đóng ngắt cho từng ngõ ra.Điện áp tiêu biểu cho ngõ ra có nhiều giá trị khác nhau:
12-48 VAC

5VDC(TTL)

120VAC

24VDC

230VAC

12-48VDC

Card ngõ ra có thể sử dụng relay,transistor hoặc triac.

2.2.6 Chế độ làm việc.
PLC có 3 chế độ làm việc:
RUN: cho phép PLC thực hiện chƣơng trình từ bộ nhớ,PLC sẽ chuyển từ
RUN sang STOP nếu trong máy có sự cố hoặc chƣơng trình gặp lệnh STOP.
STOP:cƣỡng bức PLC dừng chƣơng trình đang chạy và chuyển sang chế độ
STOP.
TERM: cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC ở
chế độ RUN hoặc STOP.
2.2.7 Cổng truyền thông.
S7 1200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với đầu nối 9 chân để
phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác. Tốc độ
truyền cho máy lập trình theo kiểu PPI(point to point interface) là 9600 bauds. Tốc
độ truyền của PLC theo kiểu tự do là 300÷ 38.400 bauds.

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

do an

11