Thiết kế và thi công mô hình nhà thông minh điều khiển và giám sát bằng PLC s7 1200 thông qua mạng internet

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ)

Đề tài:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT BẰNG PLC S7-1200
THÔNG QUA MẠNG INTERNET

Giáo viên hướng dẫn: TH.S.NGUYỄN HOÀI BÃO
Sinh viên thực hiện:

TRẦN SỸ TUẤN

Mã số sinh viên:

56135030

Khánh Hòa, tháng 7 năm 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ)

Đề tài:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT BẰNG PLC S7-1200
THÔNG QUA MẠNG INTERNET

Giáo viên hướng dẫn: TH.S.NGUYỄN HOÀI BÃO
Sinh viên thực hiện:

TRẦN SỸ TUẤN

Mã số sinh viên:

56135030

Khánh Hòa, tháng 7 năm 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi. Các số
liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy
định. Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung
thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam. Các kết quả này chưa từng
được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác.

i

LỜI CẢM ƠN
Kính thưa:
-

Ban giám hiệu trường Đại Học Nha Trang

-

Thầy cô bộ môn khoa Điện – Điện tử
Trải qua thời gian 4 năm học tập, dưới sự chỉ bảo và dạy dỗ tận tình của các

thầy cô trong khoa cũng như thầy cô trong trường đã giúp chúng em tích lũy được kiến
thức nền tảng quý báu để có một hành trang vững chắc trước khi hòa nhập với xã hội.
Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn tới thầy T.S Nhữ Khải Hoàn - Trưởng khoa
Điện – Điện tử đã tạo điều kiện và cho phép em được thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Nguyễn Hoài Bão đã tận tình chỉ bảo giúp đỡ để
em có thể hoàn thành tôt đồ án. Em cũng xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô
trong và ngoài khoa Điện – Điện tử đã chỉ bảo nhiệt tình cho chúng em trong suốt thời
gian qua.
Tiếp theo xin cám ơn đến các bạn Phạm Hoàng Lân, Phạm Hữu Thạo cũng đã
nhiệt tình giúp đỡ bạn trong suốt thời gian làm đồ án
Trong quá trình thực hiện đề tài, ngoài vận dụng kiến thức và khả năng của
mình em còn tìm hiểu thực tế tham quan tại một số công ty điện tử chuyên về Smart
home tại Nha Trang tham khảo ý kiến đóng góp của công ty cùng với những lời
khuyên chân thành từ những người xung quanh để hoàn thiện đồ án một cách tốt nhất.
Mặc dù vậy cũng không thể tránh khỏi sai sót mong quý thầy cô và bạn đọc góp ý để
đồ án ngày càng hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, tháng 6 năm 2018
Sinh viên thực hiện
Trần Sỹ Tuấn
ii


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đồ án thiết kế và thi công mô hình nhà thông minh điều khiển và giám sát bằng PLC
S7-1200 thông qua mạng Internet gồm 6 chương :
Chương 1 : tổng quan về ngôi nhà thông minh trong thực tế để áp dụng làm mô hình
Chương 2 ,chương 3 : cơ sở lý thuyết sử dụng S7-1200
Chương 4 : phương pháp dùng S7-1200 điều khiển qua mạng LAN,WEB SEVER
Chương 5 : mô hình làm thực tế và điều khiển giám sát mô hình bằng PLC S7-1200
qua mạng internet
Chương 6 : kết luận sau khi làm đồ án những điều đã làm được và chưa làm được
trong đồ án

iii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. ii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ...................................................................................................... iii
MỤC LỤC ................................................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................. vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... xi
MỞ ĐẦU.................................................................................................................... xii
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................ xii
2. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... xii

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................... xiii
4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... xiii
5. Nội dung chính đồ án ........................................................................................ xiii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH ................................... 1
1.

Giới thiệu về một số ngôi nhà thông minh ............................................................ 1

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200 ............................................ 8
2.1. Giới thiệu chung .............................................................................................. 8
2.2. Đặc điểm bộ điều khiển lập trình ..................................................................... 8
2.3. Giới thiệu về plc s7-1200 ................................................................................ 9
2.3.1. Tổng quan về plc s7-1200 ..................................................................... 9
2.3.2. Các bảng tín hiệu ................................................................................. 12
2 .3.3. Các module tín hiệu ........................................................................... 13
2.3.4. Các module truyền thông .................................................................... 13
CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL .................................... 15
3.1. Tổng quan về phần mềm tia portal [1] ........................................................... 15
3.1.1. Tạo ra cấu hình của thiết bị, thêm một thiết bị vào đề án .................... 16
3.1.1.1. Thêm thiết bị mới vào đề án...................................................... 16
trong kiểu xem portal, chọn “device & .............................................. 16
3.1.1.2. Nhận biết cấu hình của một cpu chưa xác định ......................... 18
3.1.2. Cấu hình sự hoạt động của cpu............................................................ 20
3.1.3. Thêm các module vào cấu hình ........................................................... 21
3.1.4. Cấu hình một địa chỉ ip trong đề án..................................................... 22
3.1.4.1. Gán một địa chỉ ip trực tuyến .................................................... 22
iv


3.1.4.2. Cấu hình giao diện profinet ....................................................... 25

3.1.6. Tải chương trình xuống cpu ................................................................ 27
3.1.7. Giám sát và thực hiện chương trình..................................................... 29
3.2. Kỹ thuật lập trình ........................................................................................... 30
3.2.1. Vòng quét chương trình....................................................................... 30
3.2.2. Khối tổ chức ob – oganization blocks ................................................. 31
3.2.3. Hàm chức năng – function .................................................................. 32
3.3. Tập lệnh lập trình .......................................................................................... 33
3.3.1. Bit logic ............................................................................................... 33
3.3.2. Sử dụng bộ counter ............................................................................. 34
3.3.3. Sử dụng lệnh so sánh ........................................................................... 35
3.3.4. Các lệnh toán học ................................................................................ 36
3.3.5. Lệnh di chuyển move .......................................................................... 37
3.3.6. Các lệnh định tỷ lệ và chuẩn hóa : ....................................................... 38
3.3.7. Các lệnh đếm thời gian ........................................................................ 39
CHƯƠNG 4: WEB SERVER................................................................................... 42
4.1. Trang web chuẩn ........................................................................................... 42
4.1.1. Kích hoạt web server ........................................................................... 42
4.1.2. Truy cập trang web chuẩn ................................................................... 42
4.1.3. Phân quyền sử dụng ............................................................................ 42
4.1.4. Trang introduction ............................................................................... 43
4.1.5. Start page .......................................................................................... 43
4.1.6. Trang identification ............................................................................. 44
4.1.7. Diagnostic buffer .............................................................................. 44
4.1.8. Trang module information................................................................... 45
4.1.9. Communication ................................................................................... 45
4.1.10. Trang variable status ......................................................................... 46
4.1.11. Trang data logs .................................................................................. 47
4.1.12. User-defined web pages .................................................................... 47
4.1.13. Một số hạn chế ảnh hưởng đến web server........................................ 48
4.2. Trang web tự xây dựng .................................................................................. 48

4.2.1. Cách tạo một trang html ...................................................................... 49
4.2.2. Các lệnh awp hỗ trợ cho web server s7-1200 ...................................... 49
4.2.3. Cấu trúc chung .................................................................................... 50
4.2.4. Các lệnh awp ....................................................................................... 50
4.2.4.1. Đọc biến từ plc .......................................................................... 50
v


4.2.4.2. Ghi biến xuống plc .................................................................... 51
4.2.4.3. Đọc các biến đặc biệt ................................................................ 52
4.2.4.4. Ghi các biến đặc biệt ................................................................. 53
4.2.4.5. Sử dụng bí danh cho các biến tham khảo .................................. 54
4.2.4.6. Xác định enum .......................................................................... 55
4.2.5. Cấu hình các trang web chúng ta tự định nghĩa ................................... 55
4.2.6. Lập trình để kích hoạt trang web chúng ta tự định nghĩa: ................... 56
4.3. Truy cập web server ...................................................................................... 57
4.3.1. Truy suất web server trên mạng wan ................................................... 57
4.4. Thực nghiệm sử dụng web server điều khiển plc........................................... 58
4.4.1. Thực nghiệm sử dụng web server điều khiển plc bằng mạng internet . 58
4.4.1.1. Kết nối các thiết bị xây dựng hệ thống liên kết của ví dụ.......... 58
4.4.1.2. Thực hiện các thao tác cài đặt ip plc vào router adsl ................. 60
4.4.1.3. Thao tác truy cập web server từ mạng internet.......................... 62
CHƯƠNG 5 : LẬP TRÌNH VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH QUA INTERNET .......... 65
5.1 mô hình nhà thông minh ....................................................................................... 65
5.1.1. Hệ thống thông minh được lắp đặt trong mô hình. ........................................... 65
5.1.1.1. Cửa,rèm tự động ........................................................................................ 66
5.1.1.2. Chống trộm bằng module sim 900a ........................................................... 68
5.1.1.3. Cổng nhà tự động có khóa số bảo mật ....................................................... 76
5.2. Sơ đồ kết nối plc .................................................................................................. 84
5.3. Nguyên lý hoạt động của mô hình ....................................................................... 85

5.4. Quy ước và gắn tag .............................................................................................. 86
5.5. Chương trình điều khiển plc ................................................................................ 86
5.6. Mã lập trình wed .................................................................................................. 89
CHƯƠNG 6 : KẾT LUẬN ......................................................................................... 97
1.

Những điều đã đạt được khi hoàn thành đồ án ............................................. 97

2.

Những điều chưa làm được .......................................................................... 97

Tài liệu tham khảo ...................................................................................................... 98

vi


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 : Nhà thông minh trong thực tế ..................................................................... 1
Hình 1.2 : Ảnh minh họa 1 .......................................................................................... 1
Hình 1.3 : Ảnh minh họa 2 .......................................................................................... 2
Hình 1.4 : Ảnh minh họa 3 .......................................................................................... 3
Hình 1.5 : Ảnh minh họa 4 .......................................................................................... 3
Hình 1.6 : Ảnh minh họa 5 .......................................................................................... 4
Hình 1.7 : Ảnh minh họa 6 .......................................................................................... 5
Hình 1.8 : Ảnh minh họa 7 .......................................................................................... 5
Hình 1.9 : Ảnh minh họa 8 .......................................................................................... 6
Hình 1.10 : Ảnh minh họa 9 ........................................................................................ 6
Hình 1.11 : Ảnh minh họa 10 ...................................................................................... 7
Hình 2. 1. Thành phần PLC S7-1200 ......................................................................... 10

Hình 2. 2. Các bảng tín hiệu của PLC S7-1200 ......................................................... 13
Hình 2. 3. Các module tín hiệu của PLC S7-1200 ..................................................... 13
Hình 2. 4. Các module truyền thông của PLC S7-1200 ............................................. 14
Hình 3. 1. Kết cấu làm việc với TIA .......................................................................... 15
Hình 3. 2. Thêm thiết bị mới kiểu Portal ................................................................... 16
Hình 3. 3. Thêm thiết bị mới vào đề án kiểu Project ................................................. 16
Hình 3. 4. Hộp thoại "Add New Device" ................................................................... 17
Hình 3. 5. Device view của cấu hình phần cứng ........................................................ 17
Hình 3. 6. Thuộc tính cài đặt IP PLC ......................................................................... 18
vii


Hình 3. 7. Lệnh “Hardware detection” trong mục “Online” ...................................... 19
Hình 3. 8. Cấu hình của thiết bị được kết nối ............................................................ 19
Hình 3. 9. Lựa chọn thiết bị được tìm thấy ................................................................ 19
Hình 3. 10. Các mục trong thẻ “Properties”............................................................... 20
Hình 3. 11. Kiểm tra PLC không có IP ...................................................................... 23
Hình 3. 12. Online & diagnostics PLC ...................................................................... 23
Hình 3. 13. Hộp thoại “Online & diagnostics"........................................................... 24
Hình 3. 14. Nhập IP của PLC .................................................................................... 24
Hình 3. 15. Kiểm chứng lại IP PLC ........................................................................... 25
Hình 3. 16. Cổng Profinet của PLC S7-1200 ............................................................. 25
Hình 3. 17. Bảng cấu hình cài đặt IP cho PLC S7-1200 trên TIA Portal ................... 26
Hình 3. 18. Cài đặt mật khẩu PLC ............................................................................. 26
Hình 3. 19. Tải chương trình xuống PLC .................................................................. 28
Hình 3. 20. Hiển thị các kết nối với PLC ................................................................... 28
Hình 3. 21. Kết thúc qua trình tải xuống .................................................................... 29
Hình 3. 22. Giám sát chương trình qua Monitor ........................................................ 29
Hình 3. 23. Bật giám sát chương trình Monitor ......................................................... 30
Hình 3. 24. Cấu trúc lập trình .................................................................................... 30

Hình 3. 25. Tạo khối mã trong TIA Portal ................................................................ 31
Hình 3. 26. Chèn các OB vào chương trình ............................................................... 31
Hình 3. 27. Lệnh định tỷ lệ ........................................................................................ 38
Hình 3. 28. Lệnh Write System Time ........................................................................ 40
Hình 3. 29. Lệnh Read System Time ......................................................................... 40
Hình 4. 1. Giao diện Web chuẩn ................................................................................ 42
Hình 4. 2. Hình Logging in ........................................................................................ 43
viii


Hình 4. 3. Hình Logging out ...................................................................................... 43
Hình 4. 4. Giao diện Web chuẩn ................................................................................ 43
Hình 4. 5. Giao diện trang bắt đầu ............................................................................. 44
Hình 4. 6. Giao diện Identification ............................................................................ 44
Hình 4. 7. Giao diện Diagnostic Buffer ..................................................................... 45
Hình 4. 8. Giao diện Module Information.................................................................. 45
Hình 4. 9. Giao diện Parameter.................................................................................. 46
Hình 4. 10. Giao diện Statistics ................................................................................. 46
Hình 4. 11. Giao diện Variable Status ....................................................................... 47
Hình 4. 12. Giao diện Data Logs ............................................................................... 47
Hình 4. 13. Giao diện User-defined web pages.......................................................... 48
Hình 4. 14. Sơ đồ thể hiện tổng quát cách nhúng User-defined web ......................... 49
Hình 4. 15. Input Target Level .................................................................................. 51
Hình 4. 16. Submit setting ......................................................................................... 52
Hình 4. 17. Giao diện để cấu hình cho Web server .................................................... 56
Hình 4. 18. Khối lệnh WWW .................................................................................... 57
Hình 4. 19. Chương trình minh họa WWW ............................................................... 57
Hình 4. 20. Sơ đồ liên kết trong mạng WAN ............................................................ 58
Hình 4. 21. Kết nối PLC với router FPT .................................................................... 59
Hình 4. 22. Giao diện web chính PLC ....................................................................... 60

Hình 4. 23. Giao diện đăng nhập vào wed của rout ................................................... 60
Hình 4. 24. Mục tạo Port 80....................................................................................... 61
Hình 4. 25. Hoàn thành việc tạo Port 80 .................................................................... 62
Hình 4. 26. Kiểm tra IP tĩnh của mạng internet ......................................................... 62
Hình 4. 27. Giao diện đăng nhập PLC ....................................................................... 63
ix


Hình 4. 28. Ô điền ID ................................................................................................ 63
Hình 4. 29. Đăng nhập thành công trên web .............................................................. 64
Hình 4. 30. Giao diện web tự lập ............................................................................... 64
Hình 5.1: Mô hình nhà hoàn thiện ............................................................................. 65
Hình 5.2 : Cửa tự động .............................................................................................. 66
Hình 5.3 : Động cơ, Relay trung gian ..................................................................................... 66

Hình 5.4 Sơ đồ chân Relay ........................................................................................ 67
Hình 5.5 : Rèm cửa tự động ................................................................................................... 68
Hình 5.6 : Bo mạch arduino ................................................................................................... 68
Hình 5.7 : Vi sử lý của arduino .............................................................................................. 69

Hình 5.8 : Các cổng vào/ra cửa mạch arduino ........................................................... 72
Hình 5.9 : Cảm biến vật cản hồng ngoại V1 .............................................................. 73
Hình 5.10 : Cổng nhà ................................................................................................. 77
Hình 5.11: Keypad 3x4........................................................................................................... 78
Hình 5.12 : Servo Tower Pro 9g phổ biến .................................................................... 78

Hình 5.13 : LCD ........................................................................................................ 79
Hình 5.14. Sơ đồ kết phần cứng PLC ........................................................................ 85
Hình 5.15. Bật đèn phòng khách................................................................................ 85
Hình 5.16. Danh sách tag được gắn trên PLC ............................................................ 86

x


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1. Thông số kỹ thuật các loại CPU ............................................................... 11
Bảng 2. 2. Danh sách Modul hỗ trợ PLC ................................................................... 12
Bảng 3. 1. Kết Module vào PLC ................................................................................ 21
Bảng 3. 2. Các cấp độ bảo mật PLC .......................................................................... 27
Bảng 3. 3. Tập lệnh Bit logic ..................................................................................... 33
Bảng 3. 4. Các lệnh Counter ...................................................................................... 34
Bảng 3.5. Các lệnh so sánh ........................................................................................ 35
Bảng 3. 6. Các lệnh toán học ..................................................................................... 36
Bảng 3. 7. Các lệnh di chuyển MOVE ....................................................................... 37
Bảng 3. 8. Bảng dữ liệu nhập hàm SCALE_X và NORM_X .................................... 38
Bảng 3. 9. Kiểu dữ liệu DTL ..................................................................................... 39
Bảng 3. 10. Thông số của lệnh Write System Time ................................................... 40
Bảng 3. 11. Thông số của lệnh Read System Time .................................................... 40
Bảng 3. 12. Các lệnh toán tử word logic .................................................................... 41
Bảng 4. 1. Các tham số của biến Varname để đọc biến từ PLC ................................. 50
Bảng 4. 2. Các tham số của Varname để ghi xuống................................................... 51
Bảng 4. 3. Các tham số đọc các biến đặc biệt ............................................................ 52
Bảng 4. 4. Các tham số ghi các biến đặc biệt ............................................................. 53
Bảng 4. 5. Các tham số đọc các biến tham khảo ........................................................ 54
Bảng 4. 6. Các tham số xác định loại enum ............................................................... 55
Bảng 5.1 : thông số về arduino .................................................................................. 68

xi

MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Ngày nay, với sự phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, việc ứng
dụng các hệ thống điều khiển tự động trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp,
cũng như trong các thiết bị dân dụng nhằm nâng cao tính linh hoạt trong sản xuất và
chất lượng sản phẩm, phục vụ những nhu cầu và lợi ích của con người 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 trương tự. Các PLC
được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
PLC có nhiều ưu điểm về điều khiển, phương diện quản lý , kết nối thống nhất giữa
các thiết bị trong mạng truyền thông với nhau . Nhưng môi trường số hóa hiện nay đòi
hỏi có thể kiểm soát điều khiển công việc từ 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 động của PLC.
Sự liên lạc thố ng nhất giữa các thiết bị trong hệ thống hoạt động với nhau và
với trung tâm điều hành tại chỗ và từ 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 dựng và hoàn thiện nhờ
vào mạng Internet và WEB.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng như muốn làm quen và tìm hiểu việc điều
khiển hệ thống dùng PLC và mạng Internet! Nên chúng 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.Tìm hiểu xây dựng giao diện điều khiển Web Server để điều khiển PLC

S71200 thông qua mạng Internet.
xii


3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu phần mềm lập trình điều khiển TIA Portal và các tập lệnh để xây
dựng điều khiển Web Server.
Viết chương 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. PHƯƠNG 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 trước.
Tham khảo các ý kiến góp ý.
5. NỘI DUNG CHÍNH ĐỒ ÁN
Đồ án được thực hiện với các nội dung chủ yếu sau:
Chương 1: Tổng quan về ngôi nhà thông minh
Chương 2: Giới thiệu về PLC Simatic S7-1200.
Chương 3: Giới thiệu về phần mềm TIA Portal.
Chương 4: Web Server và mạng Internet.
Chương 5: Lập trình điều khiển mô hình qua plc s7-1200 bằng internet
Chương 6: Kết luận
Mặc dù đã nỗ lực cố gắng trong quá trình thực hiện đồ án nhưng do kiến thức
và thời gian có hạn nên không tránh khỏi những sai sót nhất định. Kính mong được sự
góp ý của các thầy cô và các bạn để đồ án được hoàn chỉnh hơn.

xiii


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH
1. GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ NGÔI NHÀ THÔNG MINH

Hình 1.1 : Nhà thông minh trong thực tế

Chỉ một nút bấm
Thông thường để điều khiển tất cả các thiết bị trong nhà, bạn cần tới hàng chục công
tắc, thậm chí với căn nhà lớn hàng trăm công tắc. Với nhà thông minh Bkav
SmartHome, bạn có thể điều khiển tất cả bằng một vài nút bấm trên màn hình cảm ứng
của smartphone hay máy tính bảng. Bạn cũng có thể điều khiển và kiểm soát ngôi nhà
thông qua giao diện trực quan 3D, ở đó các thiết bị được mô phỏng giống như đang sử
dụng thực tế, chỉ cần chạm vào thiết bị tương ứng trong màn hình để điều khiển

Hình 1.2: Ảnh minh họa 1

Chạm để điều khiển
1


Ví dụ sau giúp bạn hình dung được phần nào hoạt động của hệ thống: Khi khách đến,
bạn chỉ cần chạm vào “Tiếp khách”, đèn phòng khách bật sáng rực rỡ, rèm kéo lên,
điều hòa giảm xuống độ mát sâu hơn, giảm âm lượng nhạc phát… thông thường để
làm được việc này bạn phải chạy khắp căn phòng và bấm rất nhiều công tắc. Thật tiện
nghi khi chỉ cần chạm vào một nút trên màn hình. Một ví dụ khác khi đi ngủ, thay vì
phải kéo rèm, đóng cửa, tắt điện, mò mẫm đi lên giường, bạn chỉ việc chạm vào “Đi
ngủ” trên điện thoại hoặc máy tính bảng, hệ thống sẽ thực hiện giúp bạn những điều

này, đồng thời kích hoạt hệ thống an ninh, báo động khi phát hiện xâm nhập trái phép.

Hình 1.3: Ảnh minh họa 2

Hơn cả sự tiện nghi
Một kịch bản thường gặp, trước khi trở về nhà từ cơ quan, bạn chỉ cần bấm “Về nhà”,
bình nóng lạnh sẽ bật, hệ thống quạt thông gió, điều hòa nhiệt độ sẽ khởi động… để khi
bạn về đến nhà, tất cả đã sẵn sàng phục vụ. Không chỉ bằng “ra lệnh”, hệ thống nhà
thông minh Bkav SmartHome còn chủ động “phục vụ” chủ nhân. Vào mỗi buổi sáng,
rèm cửa hé mở, hệ thống âm thanh phát những bản nhạc nhẹ nhàng mà bạn ưa thích,
điều hòa tăng nhiệt độ để giúp bạn đỡ “lười” ra khỏi giường trong mỗi buổi sáng.

2


Hình 1.4 : Ảnh minh họa 3

Ra lệnh bằng giọng nói
Không chỉ điều khiển trực tiếp trên smartphone, máy tính bảng, bạn có thể điều khiển
nhà mình bằng giọng nói của chính bạn. Nhà thông minh Bkav SmartHome được trang
bị công nghệ trợ lý ảo, giúp giao tiếp với hệ thống trở nên thân thiện, không cứng nhắc
như một hệ thống điều khiển thông thường. Sẽ là một trải nghiệm tuyệt vời khi bạn ra
lệnh bằng giọng nói và hệ thống đáp ứng bạn.

Hình 1.5: Ảnh minh họa 4

Tiêu chuẩn nhà hiện đại
3

Hầu hết chúng ta ai cũng biết đến tỷ phú Bill Gates với ngôi nhà thông minh nổi tiếng
thế giới của ông. Khi nghĩ tới nhà thông mình, người ta ngầm hiểu chỉ có những tỷ phú
hàng đầu thế giới như Bill Gates mới có thể sở hữu. Tuy nhiên, nền tảng nhà thông
minh Bkav SmartHome với những công nghệ tiên tiến ngày nay, đã khiến nhà thông
minh trở nên phổ biến, mà bạn cũng có thể sở hữu

Hình 1.6: Ảnh minh họa 5

Hệ thống điều khiển rèm mành :
Với Bkav SmartHome, hệ thống rèm mành ngoài việc điều khiển từ xa, chế độ đóng
mở theo các kịch bản đặt trước, hệ thống còn cho phép điều khiển kết hợp với hệ
thống ánh sáng, âm thanh, giải trí đa phương tiện… theo các kịch bản mong muốn,
phù hợp trong các tình huống sử dụng trong thực tế như tiếp khách, xem phim, đi ngủ.
Bkav Smarthome còn tự động hoạt động theo thói quen của người dùng, như buổi sáng
rèm tự động kéo lên, đi ngủ rèm tự động đóng lại, hệ thống còn phân biệt được nhu
cầu ánh sáng của mùa đông, mùa hè khác nhau để tự động điều chỉnh đóng mở cho
phù hợp. Với giao diện điều khiển trực quan 3D, trên màn hình cảm ứng người dùng
có thể bấm trực tiếp vào rèm mành để điều khiển

4


Hình 1.7: Ảnh minh họa 6

An toàn với hệ thống an ninh thông minh
Hệ thống an ninh trong ngôi nhà nắm giữ vai trò quan trọng, bảo vệ ngôi nhà 24/7,
kiểm soát các nguy cơ cháy nổ (rò rỉ khí gas, chập điện), bị xâm nhập trái phép… Hệ
thống này gồm các thiết bị kiểm soát vào ra ACS (chuông cửa có hình kết hợp kiểm
soát vào ra bằng vân tay, mã số, thẻ từ), cảm biến phát hiện người, cảm biến phát hiện
kính vỡ, cảm biến khói, hệ thống IP camera ghi hình, hàng rào điện tử...

Hình 1.8: Ảnh minh họa 7

Hệ thống kiểm soát môi trường
Môi trường không khí có vai trò đặc biệt quan trọng đối với sức khỏe. Nhà thông minh
Bkav SmartHome được trang bị hệ thống kiểm soát môi trường với các cảm biến nhiệt
5


độ, độ ẩm, nồng độ oxy đặt ở khắp các vị trí thích hợp trong ngôi nhà. Các thông số
được chuyển về hệ thống trung tâm để tính toán, đưa ra lệnh điều khiển tới các thiết bị
điều hòa nhiệt độ, máy hút ẩm, quạt thông gió..

Hình 1.9: Ảnh minh họa 8

Kết nối không giới hạn
Bạn có thể kiểm soát ngôi nhà từ bất cứ đâu. Bạn đang ở văn phòng, hay đang trong kỳ
nghỉ, hệ thống nhà thông minh Bkav SmartHome giúp bạn dễ dàng kiểm soát và điều
khiển ngôi nhà từ thiết bị di động, máy tính bảng thông qua kết nối Internet (Wifi, 3G).

Hình 1.10: Ảnh minh họa 9

Danh sách thiết bị
Bkav SmartHome là hệ thống thực sự thông minh, sự thông minh được đem đến bởi
các phần mềm của hệ thống. Tuy nhiên, không chỉ có thế, các kỹ sư của Bkav cũng hết
sức chau chuốt trong việc chế tác các thiết bị của hệ thống, xứng tầm với đẳng cấp của
một ngôi nhà thông minh. Hầu hết thiết bị được sử dụng thiết kế với nhôm nguyên
khối, kính cường lực Gorilla Glass, màn hình cảm ứng đây cũng là các thiết kế và vật
liệu dùng trong ngành công nghiệp chế tạo điện thoại thông minh, vốn đòi hỏi các thiết
6

kế phải hiện đại, cao cấp. Các thiết bị được sản xuất theo tiêu chuẩn công nghiệp, đạt
chứng chỉ tiêu chuẩn Châu Âu (CE).

Hình 1.11: Ảnh minh họa 10

Triển khai SmartHome hiện thực hơn bạn nghĩ
Với các công nghệ kết nối tiên tiến nhất như công nghệ truyền dữ liệu không dây
chuyên dụng Zigbee, công nghệ truyền dữ liệu trên đường điện PLC… hệ thống nhà
thông minh Bkav SmartHome có thể dễ dàng triển khai trên các ngôi nhà đang sử dụng
hoặc xây mới mà không phải đi lại đường điện hay sửa đổi hạ tầng. Thực tế sử dụng,
nhu cầu phát sinh và thay đổi là điều không tránh khỏi, bởi vậy với thiết kế không dây
rất tiện lợi cho việc mở rộng và thay đổi nhu cầu của bạn. Ví dụ trong quá trình sử
dụng, gia đình bạn có nhu cầu xây thêm phòng mới, mở rộng phòng cũ hay đơn giản là
lắp thêm một bể cá (có nhu cầu điều khiển ánh sáng, máy lọc nước theo các tiêu
chuẩn), với Bkav SmartHome tất cả sự thay đổi này đều có thể tích hợp vào hệ thống
thông minh một cách đơn giản...

7


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG
PLC (Programmable Logic Control) là thiết bị có thể lập trình được thiết kế
chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lí từ đơn giản đến phức
tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà có thể thực hiện một loạt các chương trình
hoặc sự kiện này được 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 được đếm qua bộ
đếm. Khi một sự kiện được kích hoạt nó PLC bật ON, OFF hoặc phát ra một chuỗi

xung ra các thiết bị bên ngoài được gắn vào ngõ ra của PLC.
Như vậy nếu thay đổi các chương trình được cài đặt trong PLC là có thể thực
hiện các chức năng khác nhau trong các môi trường điều khiển khác nhau. Hiện nay
PLC đã được nhiều hãng khác nhau sản xuất như: Siemens, Omron, Mitsubishi, Pesto,
Alan Bradley, Shneider. Hitachi, …. Mặt khác PLC cũng đã bổ sung thêm các thiết bị
mở rộng khác như: Các cổng mở rộng AI (Analog Input), DI (Digital Input), các thiết
bị hiển thị, các bộ vào .
2.2. 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 được (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) được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng
rơle 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 như 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 được đưa về
từ quá trình điều khiển, thực hiện các thao tác logic được lập trong chương trình và
đưa ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị tương 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
công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu ở ngõ vào, mà không cần

8


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 chương trình điều khiển

trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng. Hơn nữa, chúng ta còn có ưu
điểm là thời gian lắp đặt và đưa 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 tương tự như 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 được chuẩn hoá.
Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng Ladder, Instruction và Funtion Chart, dễ hiểu
và dể sử dụng.
Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng.
Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng rộng rãi trong việc điểu khiển
các máy móc công nghiệp và trong điền khiển quá trình (Process – control).
2.3. GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200
2.3.1. 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
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 chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và
điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng. CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi
ngõ ra theo logic của chương trình, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean,

9

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 chương 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 2. 1. Thành phần PLC S7-1200

(1) Bộ phận kết nối nguồn.
(2) Các bộ phận kết nối nối dây có thể tháo được và khe cắm thẻ nhớ
nằm dưới nắp phía trên.
(3) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.
(4) Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU)
Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp
cho chúng ta tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
10