Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển thiết bị qua mạng Intenet

TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ




ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC S7-1200
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG INTERNET



Cán bộ hƣớng 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 TỬ




ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC S7-1200
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG INTERNET



Cán bộ hƣớng dẫn :
ThS. BÙI THÚC MINH
Sinh viên thực hiện :
BÙI GIA KHÁNH

Khóa 51 (2009 -2013)






Khánh Hòa, 2013

i

LỜI CẢM
Ơ
N

Trải qua bốn năm học đại học đầy căng thẳng và thú vị, tôi và các bạn trong
lớp 51DDT đã đƣợc các thầy cô trong bộ môn cũng nhƣ toàn thể giảng viên trong
toàn trƣờng truyền thụ những kiến thức thật quý giá và bổ ích cho tất cả chúng em. Vì
vậy lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn toàn bộ những giảng viên đã truyền đạt
kiến thức cho chúng em trong những năm qua.
Tiếp theo em muốn gửi lời cảm ơn đến thầy Bùi Thúc Minh, ngƣời đã trực
tiếp và tận tình hƣớng dẫn em trong suốt thời gian làm đồ án. Em xin chân thành
cảm ơn thầy.
Em cũng xin chân thành cảm ơn bố mẹ, ngƣời thân và bạn bè. Những ngƣời đã
giúp đỡ về mặt tinh thần cũng nhƣ vật chất rất nhiều để em có thể hoàn thành tốt đồ án
này. Xin chân thành cảm ơn mọi ngƣời.

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 BẢNG BIỂU xi
BẢNG 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 CỨU 1
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 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 KHIỂN 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 hiệu 8
1.3.4. Các module truyền thông 8
CHƢƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL 9
2.1. TỔNG QUAN VỀ PHẦN 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 định 12
2.1.2. Cấu hình sự hoạt động của CPU 13
2.1.3. Thêm các module vào cấu hình 14
2.1.4. Cấu hình một địa chỉ IP trong đề án 15
2.1.4.1. Gán một địa chỉ IP trực 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. KỸ 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 LỆNH 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 thời gian 32
2.3.9. Lệnh toán tử word logic 33
CHƢƠNG 3 WEB SERVER 34
3.1. TRANG WEB CHUẨN 34
3.1.1. Kích hoạt Web server 34
3.1.2. Truy cập trang web chuẩn 34
3.1.3. Chức năng phân quyền 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 DỰNG 41
3.2.1. Cách tạo một trang HTML 41
3.2.2. Các lệnh AWP hỗ trợ 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 cập Web Server trên mạng LAN 49
3.3.2. Truy suất Web Server trên mạng WAN 49
3.4. THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG WEB SERVER ĐIỀU KHIỂN PLC 50
3.4.1. Thực nghiệm sử dụng Web Server điều khiển PLC bằng mạng Internet 50
3.4.1.1. Kết nối các thiết bị xây dựng hệ thống liên kết của ví dụ 50
3.4.1.2. Thực hiện các thao tác cài đặt IP PLC vào Router ADSL 52
3.4.1.3. Thao tác truy cập Web Server từ mạng Internet 54
3.4.2. Thực hiện tao tác điều khiển PLC 56
CHƢƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH MÁY PHA MÀU TỰ ĐỘNG VÀ
PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 59

4.1. LÝ DO CHỌN MÔ HÌNH 59
4.2. HƢỚNG THỰC HIỆN 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 liệu 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 ĐIỆN VÀ CÁC QUY ƢỚC TRONG MÔ HÌNH 64
4.4.1. Sơ đồ kết nối PLC 64
4.4.2. Mạch động lực 64
4.5. YÊU CẦU KỸ THUẬT PHƢƠNG PHÁP PHA MÀU SƠN 65
4.6. ĐIỀU KHIỂN MÁY PHA MÀU TỰ ĐỘNG 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 bản 68
4.6.3.1. Bơm và các van xả của các màu cơ bản 68
4.6.3.2. Bồn định lƣợng 69
4.6.3.3. Cảm biến áp suất và van xả bồn định lƣợng 69
4.6.3.4. Bồn trộn, động cơ trộn và van xả bồn trộn 69
4.6.3.5. Băng tải chính và thùng đựng sơn thành phẩm 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 KHIỂN WEB SERVER CỦA PLC 71
4.7.1. Giao diện đăng nhập 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 lập 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
KẾT LUẬN VÀ KIẾN 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 hiệu 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. Hộp thoại "Add New Device" 10
Hình 2. 5. Device view của 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. Hộp thoại “Online & diagnostics" 17
Hình 2. 14. Nhập 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 kết nối với PLC 21
Hình 2. 21. Kết 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 lập 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 kết trong mạng LAN 49
Hình 3. 21. Sơ đồ liên kết trong mạng WAN 50
Hình 3. 22. Các thiết bị kết nối của Ví dụ 51
Hình 3. 23. Các thiết bị kết nối máy tính với PLC 51
Hình 3. 24. Cài đặt giá trị 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 cập sử dụng Internet 3G 54
Hình 3. 30. Web Server PLC S7-1200 hiện lên trên Internet 55
Hình 3. 31. Đăng nhập vào Web Server 55
Hình 3. 32. Trang chúng ta điều khiển 56
Hình 3. 33. Đèn đã đƣợc bật thông qua điều khiển từ Internet 56
Hình 3. 34. Đèn đã đƣợc tắt thông qua điều khiển từ Internet 57
Hình 3. 35. Nhập giá trị vào PLC. 57
Hình 3. 36. Tải giá trị 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 kết 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 bản. 68
Hình 4. 15. Bơm và các 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 lƣợng 69
Hình 4. 18. Bồn trộn, động cơ trộn và Van xả trộn 69
Hình 4. 19. Băng tải chính và thùng đựng sơn thành phẩm 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 nhập 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 kỹ thuật các loại CPU 6
Bảng 1. 2. Danh sách Modul hỗ trợ 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 tập 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 nhập 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 số của biến Varname để đọc biến từ PLC 42
Bảng 3. 2. Các tham số của Varname để ghi xuống 43
Bảng 3. 3. Các tham số đọc các biến đặc biệt 44
Bảng 3. 4. Các tham số ghi các biến đặc biệt 45
Bảng 3. 5. Các tham số đọc các biến tham khảo 46
Bảng 3. 6. Các tham số xác định loại enum 47
Bảng 4. 1. Địa chỉ mạch động lực và sơ đồ kết 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 &
RS485
Cổng kết nối dạng com
TCP
Transport Control Protocol: giao thức truyền thông mạng
JavaScript
Ngôn ngữ lập tình Java.
Html
Ngôn ngữ lập trình Web cơ bản.
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 rộng 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, với sự phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nƣớc, việc ứng
dụng các hệ thống điều khiển tự động trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp,
cũng nhƣ trong các thiết bị dân dụng nhằm nâng cao tính linh hoạt trong sản xuất và
chất lƣợng sản phẩm, phục vụ những nhu cầu và lợi ích của con ngƣời ngày càng
nhiều.

Nhờ sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển logic
khả lập trình PLC (Programmable Logic Controller) đã xuất 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 bị điều khiển logic cổ điển,
mà còn có khả năng thay thế các thiết bị điều khiển tƣơng tự. Các PLC đƣợc sử dụng
rộng rãi trong công nghiệp.
PLC có nhiề u ƣu điể m về điề u kh iể n, phƣơng diệ n quả n lý , kế t nố i thố ng nhấ t
giƣ̃ a cá c thiế t bị trong mạ ng truyề n thông vớ i nhau . Nhƣng môi trƣờ ng số hó a hiệ n nay
đò i hỏ i có thể kiể m soá t điề u khiể n công việ c tƣ̀ xa mọ i lú c mọ i nơi. Vì vậy để đáp ứng
nhu cầ u nà y cầ n dù ng đế n mạ ng truyề n thông khổ ng lồ Internet và công cụ Web để có
thể kiể m soá t và điề u khiể n hoạ t độ ng củ a PLC.
Sƣ̣ liên lạ c thố ng nhấ t giƣ̃ a cá c thiế t bị trong hệ thố ng hoạ t độ ng vớ i nhau và
vớ i trung tâm điề u hà nh tạ i chỗ và tƣ̀ xa là vô cù ng cầ n thiế t , đó là thế mạ nh củ a cá c
thiế t bị điề u khiể n công nghiệ p thế hệ mớ i . Tấ t cả có thể xây dƣ̣ ng và hoà n thiệ n 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 cứu, ứng
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 lập trình cho họ PLC
Simatic S7-1200.

2

Tìm hiểu xây dựng giao diện điều khiển Web Server để điều khiển PLC S7-
1200 thông quang mạng Internet.
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tƣợng nghiên cứu
Nghiên cứu phần mềm lập trình điều khiển TIA Portal và các tập lệnh để xây
dựng điều khiển Web Server.
Viết chƣơng trình điều khiển mô hình thông qua Web Server và mạng Internet.
Phạm vi nghiên cứu
Xây dựng giao diện điều khiển mô hình thông qua Web Server của Siemens và
mạng Internet.
Tìm hiểu tổng quan về mô hình và các giao thức kết nối PLC với mạng Internet.
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Tìm hiểu tài liệu.
Sử dụng kết quả thực nghiệm.
Vận dụng, kế thừa tài liệu tham khảo, Đồ án của các khóa trƣớc.
Tham khảo các ý kiến góp ý.
5. BỐ CỤC ĐỒ ÁN
Đồ án đƣợc thực hiện với các nội dung chủ yếu sau:
Chƣơng 1: Giới thiệu về PLC Simatic S7-1200.
Chƣơng 2: Giới thiệu về phần mềm TIA Portal.
Chƣơng 3: Web Server và mạng Internet.
Chƣơng 4: Thi công mô hình.
Mặc dù đã nỗ lực cố gắng trong quá trình thực hiện đồ án nhƣng do kiến thức
và thời gian có hạn nên không tránh khỏi những sai sót nhất định. Kính mong đƣợc sự
góp ý của các thầy cô và các bạn để đồ án đƣợc hoàn chỉnh hơn.



3

CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG

PLC (Programmable Logic Control) là thiết bị có thể lập trình đƣợc thiết kế
chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lí từ đơn giản đến phức
tạp, tuỳ thuộc vào ngƣời điều khiển mà có thể thực hiện một loạt các chƣơng trình
hoặc sự kiện này đƣợc kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (hay còn gọi là ngõ vào)
tác động vào PLC hoặc qua các bộ định thời (Timer) hay các sự kiện đƣợc đếm qua bộ
đếm. Khi một sự kiện đƣợc kích hoạt nó PLC bật ON, OFF hoặc phát ra một chuỗi
xung ra các thiết bị bên ngoài đƣợc gắn vào ngõ ra của PLC.
Nhƣ vậy nếu thay đổi các chƣơng trình đƣợc cài đặt trong PLC là có thể thực
hiện các chức năng khác nhau trong các môi trƣờng điều khiển khác nhau. Hiện nay
PLC đã đƣợc 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 bị
mở rộng khác nhƣ: Các cổng mở rộng 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 đƣợc (programmable control
systems) hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoạt
động. Trong bối cảnh đó, bộ điểu khiển lập trình (PLC – Programmable Logic
Controller) đƣợc thiết kế nhằm thay thế phƣơng pháp điều khiển truyền thống dùng rơ-
le và thiết bị rời cồng kềnh và nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và
linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản. Ngoài ra, PLC còn có thể
thực hiện những tác vụ khác nhƣ định thời, đếm, … làm tăng khả năng điều khiển cho
những hoạt động phức tạp, ngay cả với loại PLC nhỏ nhất.
Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái tín hiệu ngõ vào đƣợc đƣa về
từ quá trình điều khiển, thực hiện các thao tác logic đƣợc lập trong chƣơng trình và
đƣa ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị tƣơng ứng, với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối
vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động có

4

công suất nhỏ ở ngõ ra và những 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 điều khiển những
thiết bị có công suất lớn cần phải có mạch điện tử công suất trung gian gắn thêm vào.
Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà không
cần có sự thay đổi nào về mặt kết 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 nữa, chúng ta còn có
ƣu điểm là thời gian lắp đặt và đƣa vào hoạt động nhanh hơn so với những hệ thống
truyền thống mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời.
Về phần cứng, PLC tƣơng tự nhƣ máy tính “truyền thông”, và chúng có các đặc
điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp.
Khả năng kháng nhiễu tốt.
Cấu trúc dạng Modul cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối thêm Modul
mở rộng vào/ ra) và thêm chức năng (nối thêm Modul chuyên dùng).
Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra đƣợc chuẩn hoá.
Ngôn ngữ lập 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 đƣợc sử dụng rộng rãi trong việc điểu khiển
các máy móc công nghiệp và trong điền 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 bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động. Sự kết
hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7-
1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa
dạng khác nhau [1].
Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch
ngõ ra trong một kết 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 đƣợc 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 hợp và việc truyền thông với 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 cấp 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 kết nối nguồn.
(2) Các bộ phận kết nối nối dây có thể tháo đƣợc và khe cắm thẻ nhớ
nằm dƣới nắp phía trên.
(3) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.
(4) Bộ phận kết 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 kỹ thuật các loại CPU

Chức năng
CPU 1211C
CPU 1212C
CPU 1214C
Kích thƣớc vật lý (mm)
90 x 100 x 75
110 x 100 x 75
Bộ nhớ làm việc
Bộ nhớ nạp
Bộ nhớ giữ lại
25 kB
1 MB
2 kB
50 kB
2 MB
2 kB
I/O tích hợp cục bộ
Kiểu số
Kiểu tƣơng tự
6 ngõ vào / 4
ngõ ra
2 ngõ ra
8 ngõ vào / 6
ngõ ra
2 ngõ ra
14 ngõ vào /
10 ngõ ra
2 ngõ ra
Kích thƣớc ảnh tiến trình
1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)

Bộ nhớ bit (M)
4096 byte
8192 byte
Độ mở rộng các module tín
hiệu
Không
2
8
Bảng tín hiệu
1
Các module truyền thông
3 (mở rộng về bên trái)
Các bộ đếm tốc độ cao
Đơn pha
Vuông pha
3
3 tại 100 kHz
3 tại 80 kHz
4
3 tại 100 kHz
1 tại 30 kHz
3 tại 80 kHz
1 tại 20 kHz
6
3 tại 100 kHz
3 tại 30 kHz
3 tại 80 kHz
3 tại 20 kHz
Các ngõ ra xung
2

Thẻ nhớ
Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)
Thời gian lƣu giữ đồng hồ
thời gian thực
Thông thƣờng 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 40
0
C
PROFINET
1 cổng truyền thông Ethernet
Tốc độ thực thi tính toán thực
18 μs/lệnh
Tốc độ thực thi Boolean
0,1 μs/lệnh

7

Họ S7-1200 cung cấp một số lƣợng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để
mở rộng dung lƣợng của CPU. Có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ
các giao thức truyền thông khác.
Bảng 1. 2. Danh sách Modul hỗ trợ PLC
Module
Chỉ ngõ vào
Chỉ ngõ ra
Kết hợp In/Out


Module tín hiệu
(SM)

Kiểu số
8 x DC In
8 x DC Out
8 x Relay Out
8 x DC In / 8 x DC Out
8 x DC In / 8 x Relay Out
16 x DC In
16 x DC Out
16 x Relay Out
16 x DC In / 16 x DC Out
16 x DC In / 16 x Relay
Out
Kiểu
tƣơng tự
4 x Analog In
8 x Analog In
2 x Analog In
4 x Analog In
4 x Analog In / 2 x Analog
Out
Bảng tín hiệu
(SB)
Kiểu số
_
_
2 x DC In / 2 x DC Out
Kiểu
tƣơng tự
_
1 x Analog In

_
Module truyền thông (CM)
RS485
RS232

1.3.2. Các bảng tín hiệu
Một bảng tín hiệu (SB) cho phép chúng ta thêm vào I/O cho CPU. Chúng ta có
thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tƣơng tự. SB kết nối vào phía trƣớc của
CPU.
 SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)
 SB với 1 ngõ ra kiểu tƣơng tự.
(1) Các LED trạng thái trên SB.
(2) Bộ phận kết nối nối dây có thể tháo ra.


Hình 1. 2. Các bảng tín hiệu của PLC S7-1200

8

1.3.3. Các module tín hiệu
Chúng ta có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng.
Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU.

(1) Các LED trạng thái dành cho I/O
của module tín hiệu.
(2) Bộ phận kết nối đƣờng dẫn.
(3) Bộ phận kết nối nối dây có thể
tháo ra.

Hình 1. 3. Các module tín hiệu của PLC S7-1200
1.3.4. Các module truyền thông
Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ
sung vào hệ thống. Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485.
CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông.
Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM
khác).

Hình 1. 4. Các module truyền thông của PLC S7-1200
(1) Các LED trạng thái dành cho module truyền thông.
(2) Bộ phận kết nối truyền thông.

9

CHƢƠNG 2
GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL
2.1. TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL [1]
Phần mềm TIA Portal cung cấp một môi trƣờng thân thiện cho chúng ta nhằm
phát triển, chỉnh sửa và giám sát mạng logic đƣợc yêu cầu để điều khiển ứng dụng, bao
gồm các công cụ dành cho quản lý và cấu hình tất cả các thiết bị trong đề án, nhƣ các
thiết bị PLC hay HMI.
TIA Portal cung cấp hai ngôn ngữ lập trình (LAD và FBD) để thuận tiện và có
hiệu quả trong việc phát triển chƣơng trình điều khiển đối với ứng dụng, và còn cung
cấp các công cụ để tạo ra và cấu hình các thiết bị HMI trong đề án.
Để cài đặt TIA Portal, cần đƣa đĩa CD vào trong ổ CD-ROM của máy tính.
Trình cài đặt sẽ khởi động một cách tự động và nhắc trong suốt quá trình cài đặt.
Cấu hình thiết bị:
Chúng ta tạo ra cấu hình thiết bị cho PLC bằng cách thêm một CPU và các
module bổ sung vào đề án.

Hình 2. 1. Kết cấu làm việc với TIA
(1) Module truyền thông (CM): Tối đa là 3, đƣợc chèn vào các khe số 101,
102 và 103.
(2) CPU: Khe số 1.
(3) Cổng Ethernet của CPU.
(4) Bảng tín hiệu (SB): Tối đa là 1, đƣợc chèn vào CPU.
(5) Module tín hiệu (SM) dành cho I/O tƣơng tự hay số: Tối đa là 8, đƣợc
chèn vào trong các khe từ 2 đến 9

10

2.1.1. Tạo ra cấu hình của thiết bị, thêm một thiết bị vào đề án
2.1.1.1. Thêm thiết bị mới vào đề án
Trong kiểu xem Portal, chọn
“Device & Networks” và nhấp
vào “Add new device”.

Hình 2. 2. Thêm thiết bị mới vào đề án kiểu Portal
Trong kiểu xem Project, dƣới cây đề án nhấp đôi chuột vào “Add new device”.

Hình 2. 3. Thêm thiết bị mới vào đề án kiểu Project
 Chèn một CPU vào đề án
Chúng ta tạo ra cấu hình cho thiết bị bằng cách chèn một CPU vào đề án.
Việc lựa chọn CPU từ hộp thoại “Add new device” sẽ tạo ra thanh đỡ (rack) và CPU.
Hộp thoại “Add new device”.

Hình 2. 4. Hộp thoại "Add New Device"