GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BĂNG TẢI NHÀ MÁY GỖ DÙNG PLC S71200

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BĂNG TẢI
NHÀ MÁY GỖ DÙNG PLC S7-1200

Họ và tên sinh viên: PHẠM THANH LÂM
NGUYỄN HIỆP DUY NHẤT
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2014-2018

Tháng 6/2018


GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BĂNG TẢI
NHÀ MÁY GỖ DÙNG PLC S7-1200

Tác giả

PHẠM THANH LÂM
NGUYỄN HIỆP DUY NHẤT

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng Kỹ sư ngành
Cơ điện tử.

Giáo viên hướng dẫn:
Th.S Nguyễn Đăng Khoa

Tháng 6 năm 2018

1


LỜI CẢM TẠ

Được sự phân công của quý thầy cô khoa: Cơ Khí Công Nghệ,
Trường: Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, sau hơn 4 tháng
thực hiện chúng em đã hoàn thành Khóa luận tốt nghiệp.............
Để hoàn thành nhiệm vụ được giao, ngoài sự nỗ lực học hỏi của
bản thân chúng em còn có sự hướng dẫn của các thầy cô giáo trong
khoa, những người bạn đã động viên giúp đỡ chúng em những lúc
khó khăn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo – Ths: Nguyễn Đăng Khoa,
người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình cho chúng em trong
suốt thời gian hoàn thành Khóa luận Tốt nghiệp. Mặc dù thầy bận đi
công tác, dạy dỗ lớp đàn em tiếp theo.... nhưng vẫn không ngần ngại
chỉ dẫn chúng em, định hướng những bước đi đầu tiên, để chúng em

hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao. Một lần nữa em xin chân thành
cảm ơn thầy và chúc thầy dồi dào sức khỏe.
Tuy nhiên vì kiến thức chuyên môn còn hạn chế và bản thân
chúng em còn thiếu nhiều kinh nghiệm thực tiễn nên nội dung báo
cáo không tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong nhận
được sự góp ý, chỉ bảo thêm của quý thầy cô.
Một lần nữa xin gửi đến thầy cô và bạn bè lời cảm ơn chân thành
và tốt đẹp nhất.
Thành Phố Hồ Chí Minh, Tháng 06
năm 2018.
Sinh viên thực hiện

PHẠM THANH LÂM

2


NGUYỄN HIỆP DUY NHẬT

TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu “Giám sát và điều khiển hệ thống băng tải nhà máy gỗ
dùng PLC S7-1200” là một đề tài nghiên cứu về điều khiển và giám sát tốc độ động
cơ thông qua giao diện phần mềm WinCC, qua đó giúp cho người quản lý có thể điều
chỉnh tốc độ băng tải theo yêu cầu kỹ thuật của từng loại sản phẩm. Trong mô hình này

người vận hành chỉ cần ngồi tại bàn điều khiển trung tâm, theo dõi và giám sát toàn bộ
hệ thống thay vì phải chạy xuống tận chỗ để kiểm tra.
Đề tài này được tiến hành tại Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM thời gian
từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2017.
Sơ lược nội dung đề tài bao gồm:
- Thiết kế chương trình giám sát hệ thống trên WinCC.
- Điều khiển tốc độ băng tải thông qua biến tần và PLC S7-1200.
- Dùng Encoder hiển thị tốc độ thực của băng tải.
- Thiết kế và dựng lại mô hình của nhà máy.
- Viết chương trình điều khiển trên PLC.
- Tìm hiểu cách kết nối và điều khiển giữa WinCC, PLC và các hệ thống: biến tần,
động cơ, encoder,..

Kết quả thu được: Tốc độ động cơ, quay thuận, quay nghịch, Start, Stop....
thông qua biến tần được điều khiển trên PLC nhanh và chính xác hơn khi dùng các
cách thủ công. Giao diện Wincc giúp giao tiếp với người quản lý dễ dàng hơn.
Encoder giúp người quản lý có thể kiểm tra tốc độ đề ra đã đạt được hay chưa.

3


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa........................................................................................................................ i
LỜI CẢM TẠ................................................................................................................ ii

TÓM TẮT.................................................................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC HÌNH..........................................................................................vii
DANH SÁCH BẢNG...................................................................................................ix
Chương 1 MỞ ĐẦU.........................................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề................................................................................................................1
1.2 Mục đích của đề tài..................................................................................................2
Chương 2 TỔNG QUAN...............................................................................................3
2.1 Khảo sát một số hệ thống có ứng dụng SCADA......................................................3
2.1.1 Khái niệm SCADA...............................................................................................3
2.1.2 Khảo sát hệ thống trộn bê tông.............................................................................4
2.1.3 Khảo sát hệ thống bơm nước dân dụng.................................................................6
2.2 Các phương thức truyền thông giữa PLC với máy tính............................................8

2.2.1 Truyền thông kết nối RS232.................................................................................8
2.2.2 Truyền thông RS485.............................................................................................9
2.2.3. Chuẩn truyền thông Modbus..............................................................................10
2.2.4. Profibus.............................................................................................................. 12
2.2.5. Profinet..............................................................................................................13
2.7.1. Giao tiếp giữa PLC S7-1200 và máy tính..........................................................14
2.3 Tổng quan về các hệ thống điều khiển trong công nghiệp:....................................16
2.4 Tổng quan về PID.................................................................................................17
4


2.4.1 Khái quát về PID.................................................................................................17

2.4.2 Các phương pháp xác định thông số hàm PID....................................................19
Hình 2.18: Xác định tham số cho mô hình xấp xỉ bậc nhất có trễ.......19
Bảng 2.1: Tính toán thông số bộ điều khiển................................................19
2.4.3 Ưu nhược điểm khi sử dụng bộ điều khiển PID..................................................21
2.5 Tổng quan một số linh kiện sử dụng trong đề tài...................................................22
2.5.1 PLC S7 -1200 CPU 1211C DC/DC/DC ( 6ES7211-1AE40-0XB0 )...................22
2.5.1.1. Thông số cấu tạo của CPU 1211C DC/DC/DC..............................22
2.5.1.2. Moduel SB 1232 AQ-6ES7232-4HA30-0XB0...............................................23
2.5.1.3. Phần mềm lập trình SIMATIC TIA Portal V13...............................................23
2.5.2 Biến tần Mitsubishi FR-E720-0.75k...................................................................25
2.5.3 Encoder............................................................................................................... 26
2.6 Khảo sát mặt bằng nhà máy gỗ Trường Thành.......................................................27

Chương 3 NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................29
3.1 Phương thức nghiên cứu........................................................................................29
3.2 Nội dung của đề tài................................................................................................29
3.3 Phương pháp thực hiện..........................................................................................29
3.4 Phương pháp xác định thông số PID trong hàm PID_Compact.............................30
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................................................................33
4.1 Kết quả điều khiển quá trình hoạt động của nhà máy sản xuất gỗ..........................33
4.1.1 Điều khiển và giám sát tốc độ động cơ băng tải..................................................34
4.1.1.1 Sơ đồ khối:.......................................................................................................34
4.1.1.2 Thiết kế mạch điều khiển động cơ..................................................................35
4.1.1.3 Nguyên lý hoạt động:.......................................................................................35
4.1.1.4 Giao diện điều khiển động cơ băng tải trên Wincc...........................................37

5


4.1.5 Lưu đồ thuật toán điều khiển tốc độ động cơ băng tải........................................38
4.1.2 Điều khiển bàn nâng...........................................................................................39
4.1.2.1 Sơ đồ khối:.......................................................................................................39
4.1.2.2 Thiết kế mạch điều khiển bàn nâng hạ.............................................................39
4.1.2.3 Nguyên lý hoạt động........................................................................................39
4.1.2.4 Giao diện bàn nâng hạ trên Wincc...................................................................40
4.1.2.5 Lưu đồ thuật toán điều khiển bàn nâng hạ.......................................................41
4.2 Kết quả đạt được...................................................................................................42

4.2.1 Tủ điện:...............................................................................................................42
4.2.2 Giao diện trên Wincc..........................................................................................44
4.2.3 Mô hình thực tế...................................................................................................44
4.3 Kết quả thực nghiệm..............................................................................................45
4.3.1 Cách lấy mẫu......................................................................................................45
4.3.1.1 Đặt vấn đề:.......................................................................................................45
4.3.1.2 Phương pháp lấy mẫu:.....................................................................................45
4.3.1.3 Cách thức thực hiện.........................................................................................45
4.3.2 Số liệu khảo sát...................................................................................................46
4.3.2 Kết quả đạt được.................................................................................................46
4.3.2.1 Tốc độ 200(vòng/phút).....................................................................................46
4.3.2.2 Tốc độ 1000(vòng/phút)...................................................................................47

4.3.2.3 Tốc độ 1450(vòng/phút)...................................................................................48
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ........................................................................50
5.1 Kết luận:................................................................................................................50
5.2 Đề nghị..................................................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................52
PHỤ LỤC.................................................................................................................... 53
6


DANH SÁCH CÁC HÌ
Hình 2. 1 Các hệ thống SCADA....................................................................................4
Hình 2. 2: Hình ảnh bên ngoài phân xưởng Trường Thành............................................5

Hình 2. 3: Bản vẽ bên trong phân xưởng.......................................................................5
Hình 2. 4: Giao diện WinCC..........................................................................................7
Hình 2. 5: Khối hàm PID_Compact.............................................................................14
Hình 2. 6: Chỉnh thời gian cập nhật hàm PID..............................................................15
Hình 2. 7: Cách lấy hàm PID_Compact.......................................................................16
Hình 2. 8: Chọn thông số tương ứng trong phần Basic parameter...............................16
Hình 2. 9: Giao tiếp giữa PLC S7-1200 và máy tính...................................................17
Hình 2. 10: Địa chỉ IP của CPU đang sử dụng.............................................................18
Hình 2. 11: Thay đổi địa chỉ IP của máy tính khi kết nối qua cổng Ethernet...............19
Hình 2. 12: Các bước cài đặt cho bộ HSC (High Speed counter)................................20
Hình 2. 13: Các bước cài đặt cho bộ HSC (High Speed counter)................................20
Hình 2. 14: Các bước cài đặt cho bộ HSC (High Speed counter)................................20

Hình 2. 15: Hàm tính toán tốc độ.................................................................................21
Hình 2. 16: Các bước cài đặt Module Analog Output..................................................22
Hình 2. 17: Các bước cài đặt Module Analog Output..................................................22
Hình 2. 18: Các bước cài đặt Module Analog Output..................................................22
Hình 2. 19: Hàm PID kết hợp ngõ ra Analog...............................................................23
Hình 2. 20: Bảng điều chỉnh các giá trị thông số PID..................................................24
Hình 2. 21: Bảng đồ thị giám sát quá trình hoạt động của hàm PID_compact.............25
Hình 2. 22: Xác định hệ số khuếch đại tới hạn............................................................25
Hình 2. 23: Sơ đồ nối dây PLC với nguồn...................................................................27
Hình 2. 24: Moduel SB 1232 AQ-6ES7232-4HA30-0XB0........................................27
Hình 2. 25: Giao diện chính của phần mềm.................................................28
Hình 2. 26: Giao diện soạn thảo chính.........................................................................29

Hình 2. 27: Biến tần Mitsubishi................................................................................30Y
Hình 3. 1: Một số kết nối Profinet thường dùng 3
Hình 4. 1: Sơ đồ đấu dây Encoder với biến tần và động cơ.........................................38

7


Hình 4. 2: Sơ đồ đấu dây điều khiển bàn nâng.............................................................38
Hình 4. 3: Sơ đồ đấu dây các thiết bị ngoại vi.............................................................39
Hình 4. 4: Giao diện điều khiển trên WinCC...............................................................40
Hình 4. 5: Hình ảnh bên ngoài tủ điều khiển...............................................................41
Hình 4. 6: Hình ảnh bên trong tủ điều khiển................................................................42

Hình 4. 7: Giao diện điều khiển đang hoạt động..........................................................43
Hình 4. 8: Mô hình thực tế...........................................................................................43
Hình 4. 9: Biểu đồ đo tốc độ hàm PID của động cơ ở mức 200 vòng/phút..................45
Hình 4. 10: Biểu đồ đo tốc độ hàm PID của động cơ ở mức 1000 vòng/phút..............46
Hình 4. 11: Biểu đồ đo tốc độ hàm PID của động cơ ở mức 1450 vòng/phút..............47

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2. 1: Tính toán thông số bộ điều khiển................................................................12
Bảng 2. 2: Xác định các thông số.................................................................................13
Bảng 2. 3: Thông số bộ điều khiển theo thực nghiệm..................................................26

8

Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Yêu cầu về chất lượng sản phẩm hiện nay rất quan trọng là ưu tiên hàng đầu
đối với quá trình sản xuất nhưng khi đã đạt được những yêu cầu về chất lượng thì yêu
cầu cấp thiết tiếp theo sẽ là năng suất tạo ra sản phẩm. Với những thao tác thủ công thì
công ty hay khu sản xuất sẽ không thể đạt được năng suất tối đa. Vấn đề này sẽ được
giải quyết bằng khả năng tự động hóa của dây chuyền sản xuất. Một trong những vấn đề
quan trọng trong dây chuyền tự động hóa đó là việc giám sát và điều chỉnh tốc độ động cơ băng tải.
Như ta đã biết để tạo ra mỗi sản phẩm, mỗi chi tiết đều phải qua nhiều công

đoạn mà trong mỗi công đoạn lại có những tốc độ phù hợp để có năng suất cũng như
chất lượng sản phẩm được tốt. Chính vì vậy mà việc đo và điều chỉnh tốc độ của động
cơ điện là một yếu tố rất quan trọng trong phương thức sản xuất dây chuyền.
Tuy nhiên, hiện nay việc điều khiển về tốc độ của băng tải, Start, Stop,.... vẫn
còn làm thủ công. Sự liên kết giữa các băng tải, giữa băng tải và các thiết bị khác vẫn
là vấn đề cần được giải quyết. Như vậy sẽ rất khó để người quản lý có thể kiểm soát
hoạt động của băng tải và các tình huống có thể xảy ra bất ngờ.
Hiểu được tầm quan trong về vấn đề giao tiếp giữa người quản lý và băng tải thì
nhóm chúng em đã thực hiện đề tài: “Giám sát và điều khiển hệ thống băng
tải nhà máy gỗ dùng PLC S7-1200”. Với giao diện Wincc chúng ta có thể
thực hiện được tất cả những thao tác điều khiển băng tải một cách nhanh và chính xác.
Giải quyết được vấn đề liên kết giữa người quản lý và băng tải. Về mặt thực tiễn, đề

tài đi theo hướng phát triển mới cho các hệ thống đo và điều khiển tốc độ động cơ.
Thay thế cho các dạng đo và điều khiển tốc độ cơ theo các phương pháp đã bị coi là lỗi
thời.

1


Hình 1.1: ảnh về băng băng chuyền xích.
1.2 Mục đích của đề tài.
-

-

Thiết kế tủ điện điều khiển các bộ phận trong nhà máy gỗ dùng PLC S7-1200:
 Đo tốc độ thực tế của băng tải bằng Encoder qua bộ đếm HSC của PLC.
 Mạch công suất để đóng ngắt, điều khiển động cơ, các ngõ ra…
 Dùng hàm PID_Compact để xử lý, điều khiển chính xác tốc độ động cơ.
 Hiển thị và giám sát các hoạt động của hệ thống lên WinCC.
 Sử dụng Module SB 1232 để điều khiển tần số biến tần.
Khảo sát biến tần Misubishi E-720 0.75K để hiểu các phương pháp điều khiển

-

động cơ khi hoạt động.

Thiết kế giao diện WinCC để giám sát, điều khiển nhà máy gỗ.
Lựa chọn biến tần và động cơ có công suất hợp lý.
Tìm hiểu giao tiếp PLC với biến tần.
Lập trình PLC.
Lập trình bộ PID để điều khiển động cơ.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Khảo sát một số hệ thống có ứng dụng SCADA

2.1.1 Khái niệm SCADA
SCADA system (Supervisory Control And Data Acquisition system) – Hệ
thống thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển. Là “hệ thống thu thập dữ liệu thời
gian thực từ các đối tượng để xử lý, biểu diễn, lưu trữ, phân tích và có khả năng
điều khiển được những đối tượng này thông qua máy tính và mạng truyền thông”.
Nói cách khác, SCADA thường được dùng để chỉ tất cả các hệ thống máy tính được
thiết kế để thực hiện các chức năng sau:
-

Thu thập dữ liệu từ các thiết thiết bị công nghiệp hoặc các cảm biến.

- Xử lý và thực hiện các phép tính trên các dữ liệu thu thập được.

- Hiển thị các dữ liệu thu thập được và kết quả đã xử lý.
- Nhận các lệnh từ người điều hành và gửi các lệnh đó đến các thiết bị của
nhà máy.
- Xử lý các lệnh điều khiển tự động hoặc bằng tay một cách kịp thời và chính
xác.
Ngày nay hệ thống SCADA được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh
vực công nghiệp. Đặc biệt trong một số lĩnh vực sau:
- Hệ thống SCADA cho các trạm trộn bê tông, các nhà máy sản xuất xi măng, các
nhà máy chế biến thực phẩm, nước giải khát.
- Hệ thống SCADA cho hệ thống vận chuyển hành lý và hàng hoá tại các sân
bay, bến cảng.
- Hệ thống SCADA giám sát các giàn khoan ống dẫn dầu, dẫn khí.

- Hệ thống SCADA cho nhà máy nước, xử lý chất thải, các kho xăng dầu.
- Hệ thống SCADA cho hệ thống phân phối lưới điện.

3


Ngoài ra, hệ thống SCADA còn được ứng dụng để giám sát và điều khiển
trong các nhà máy hạt nhân và trong các ngành kỹ thuật hàng không vũ trụ và một
số ngành công nghiệp công nghệ cao khác.
2.1.2 Khảo sát hệ thống trộn bê tông
Sơ lược về công nghệ trạm trộn bê tông:

Hình 2. 1: Sơ đồ công nghệ của trạm trộn bê tông
Sơ lược trình tự điều khiển trạm trộn bê tông:
Toàn bộ hệ thống bao gồm ba hệ thống cân:
 Hệ thứ nhất cân cộng dồn 3 thành phần hỗn hợp gồm: cát, 3 loại đá,…
 Hệ thứ hai: cân nước và cân phụ gia.
 Hệ thứ ba: Cân xi măng
Cát và đá từ các kho bãi lên chứa săn vào các bunke trên cao. Bên dưới các
bunke có đặt các cân tự động, các van sẽ lần lượt điều khiển để xả vật liệu băng tải
ngang để cân. Cát, đá lần lượt được cân, khi cân đạt đến khối lượng đặt thì đóng van
xả. Sau đó tiếp tục xả van nước và phụ gia lên bồn để cân, xi măng được vít tải vận
chuyển lên bồn cân. Khi vật liệu đạt giá trị đặt thì dừng bơm hay vít tải. Mỗi vật liệu
được cân bằng cảm biến Loadcell và giá trị cân sẽ được hiển thị trên đầu cân.

4


Cốt liệu sau khi cân xong được băng tải chuyển lên xả xuống thùng trộn, trộn khô
trong khoảng 10s, tiếp theo xả van chứa nước và phụ gia. Tất cả vật liệu được trộn ướt
trong khoảng 30s (thời gian trộn có thể nhập tùy ý tùy thuộc vào khối lượng vật liệu
trộn nhiều hay ít) sau đó xả be tông xuống thùng trộn kết thúc chu trình trộn một mẻ.
Trong quá trình trộn thì quá trình cân vẫn tiếp tục để chuẩn bị cho mẻ tiếp theo nếu
vẫn chưa đạt tới số mẻ định mức. Hệ thống có hai chế độ điều khiển tự động và bán tự
động.

Hình 2. 2: Giao diện điều khiển chính hệ thống trộn bê tông
Bộ xử lý của hệ thống này bao gồm:
- PLC S7-300.
- Loadcell, bộ hiển thị khối lượng.
- Máy tính (WinCC).
- Hệ thống van, xylanh, khí nén,…
Ưu nhược điểm của hệ thống trộn bê tông:
- Ưu điểm:
 Hệ thống điều khiển dễ dàng.
 Hệ thống khí nén làm việc đáp ứng nhanh nên tốc độ làm việc
cao.
 Hệ thống hoạt động liên tục, nhanh.

 Giao diện trực quan dễ giám sát.

5


-

Nhược điểm:
 Làm việc trong môi trường bụi bặm dễ làm ảnh hưởng tới hệ
thống.
 Khối lượng vật liệu cân được không chính xác với yêu cầu.
 Hệ thống được giám sát hoàn toàn bằng máy tính dẫn đến dễ thiếu

sót.

2.1.3 Khảo sát hệ thống bơm nước dân dụng
Giao diện WinCC của hệ thống điều khiển giám sát bơm cấp nước:

Hình 2. 3 Giao diện điều khiển hệ thống bơm nước
Trong hệ thống có tất cả 3 máy bơm được điều khiển bằng biến tần khi mà máy
bơm 1 chạy hết công suất định mức mà áp suất vẫn chưa ổn định ở giá trị setpoint các
máy bơm dự phòng sẽ được điều khiển tiếp bằng cho đến khi đạt giá trị đặt.
Khởi động hệ thống lên thì máy bơm 1 được điều khiển chạy cho tới khi đạt
được áp suất đặt,khi áp suất trong đường ống đã bằng áp suất đặt thì biến tần sẽ giữ ổn
định tốc độ của máy bơm này. Trường hợp tải thay đổi tức là áp suất thay đổi, tùy theo

tải tăng hay giảm thì biến tần sẽ điều khiển máy bơm chạy nhanh hay chậm. Khi tải
tăng tức là áp suất giảm, lúc này muốn ổn định áp suất thì biến tần sẽ điều khiển máy
bơm chạy nhanh hơn(tức tăng tần số của máy bơm 3 pha) cho tới khi đạt được áp suất
đặt. Ngược lại, khi tải giảm thì biến tần sẽ giảm tần số của máy bơm xuống cho tới khi
6


đạt được áp suất đặt. Nếu lúc tải giảm mạnh nhất (áp suất tăng lên cao) thì bơm dự
phòng sẽ tự động dừng chỉ còn bơm biến tần hoạt động. Hệ thống cứ hoạt động liên
tục như vậy,áp suất trong đường ống luôn luôn giữ ổn định tránh tình trạng áp suất
tăng quá cao sẽ gây vỡ đường ống cấp nước.
Bộ xử lý của hệ thống này bao gồm:

- PLC S7-300.
- Biến tần.
- Cảm biến áp suất.
- Máy tính (WinCC).
- Hệ thống bơm.
Ưu nhược điểm của hệ thống cấp nước dân dụng:
-

-

Ưu điểm:
 Hệ thống luân phiên được các bơm, tạo thời gian hoạt động bình

đẳng
 Tự động duy trì khi đạt tới điểm cài đặt
 Dễ dàng giám sát, quản lý
Nhược điểm:
 Các bơm phải cùng công suất, cùng hãng để sử dụng chung biến
tần.
 Chi phí lắp đặt không rẻ
 Chưa tiết kiệm được điện năng nhiều, lắp đặt và sửa chữa phức tạp

2.2 Các phương thức truyền thông giữa PLC với máy tính
2.2.1 Truyền thông kết nối RS232
Truyền thông RS232 (cổng COM DB9) là dạng truyền dữ liệu nối tiếp sử dụng 3

dây TXD, RXD, Mass. Tín hiệu được truyền đi bằng cách so sánh sự sai lệch của TXD
hoặc RXD với Mass.
Nhược điểm của chuẩn truyền RS232 là không thể truyền đi xa do việc truyền đi
xa làm mất mát tín hiệu không thể phục hồi. Thường thì khoảng cách tối đa giữa hai
thiết bị truyền RS232 là khoảng 15m-16m, tốc độ truyền khoảng 20kbps.
Mức giới hạn logic 0 và 1 tương ứng +/- 12VDC. Mức logic 1 từ 3V đến -12V,
mức logic 0 từ +/- 3V đến 12V
Trở kháng nằm trong khoảng 3000 đến 7000 ohm.

7

Bên dưới là:

Hình 2. 4: Sơ đồ kết nối Wiring
Module CM1241 RS232 là module truyền thông theo chuẩn RS232 kết nối thiết bị và
với CPU của S7-1200.

Hình 2. 5: Module CM1241
2.2.2 Truyền thông RS485
Truyền thông RS485 (loại hai dây A- B+) là dạng truyền dữ liệu dựa trên sự sai
lệch điện áp của hai dây. Cụ thể nếu dây A- = 0 và B+=1 thì dữ liệu bằng 1, ngược lại
nếu dây A- = 1 và B+=0 thì dữ liệu bằng 0.
Ưu điểm của chuẩn truyền này là khả năng truyền tín hiệu đi rất xa do ít bị nhiễu.

Nhờ việc so sánh điện áp hai dây A- B+ nên khi bị nhiễu, cả hai đều bị nhiễu như
nhau, độ chênh lệch điện áp khi đó không đổi, chính vì vậy mà dữ liệu nhận vẫn chính
xác, không bị ảnh hưởng.

8


Chuẩn truyền thông RS485 có thể truyền đi xa tới 1200m.
Tốc độ truyền có thể lên đến 10Mbps.
Khả năng kết nối modbus lên đến 32 thiết bị.
Điện trở đầu cuối (Terminating Resistor) đơn giản là điện trở được đặt tại hai
điểm tận cùng kết thúc của đường truyền. Giá trị của điện trở đầu cuối lí tưởng là bằng

giá trị trở kháng đặc tính của đường dây xoắn, thường thì vào khoảng 100 – 120Ω.
Điện trở đầu cuối dùng để xác định vị trí thiết bị trong mạng và triệt tiêu nhiễu trên
đường truyền.
Ngoài ra để đảm bảo trạng thái mức cao khi đường truyền rãnh (không có dữ
liệu) thì nên phân cực đường truyền bằng hai điện trở 470 ohm như hình ở trên, lúc
này VAB >=200mV sẽ ép đường truyền lên mức cao.
Module CM1241 RS485 là module truyền thông theo chuẩn RS485 kết nối với
CPU của S7-1200.

Hình 2. 6: Module CM1241

9

Hình 2. 7: Sơ đồ kết nối Wiring
2.2.3. Chuẩn truyền thông Modbus
Modbus là giao thức truyền thông theo kiểu nối tiếp. Nó hỗ trợ cả hai giao thức
truyền thông bao gồm cả RS232, RS485.
Modbus là giao thức phổ biến nhất hiện nay, sử dụng cho nhiều mục đích bởi
giao thức này đơn giản, dễ sử dụng.
Modbus là một mạng với một chủ và nhiều tớ. Chủ có thể là PLC, PC, DCS…
Còn tớ là các thiết bị được kết nối đến như biến tần, bộ điều khiển nhiệt độ, HMI…
Modbus trong một mạng sẽ quét các thiết bị, mỗi thiết bị có một địa chỉ và không
trùng với các thiết bị còn lại, thiết bị chủ sẽ gửi dữ liệu yêu cầu tới tất cả các tớ nhưng

chỉ có thiết bị được chỉnh định thông qua địa chỉ mới trả lời lại.

Hình 2. 8: Các thiết bị kết nối qua Modbus

10


Hiện nay có 3 phiên bản modbus được sử dụng:
Mosdbus ASCII, Modbus RTU, Modbus TCP/IP.Sự khác nhau giữa các phiên bản
modbus này là cách thức thông điệp được mã hóa (format dữ liệu thì như nhau).
Modbus ASCII: chậm nhất trong 3 loại. mã hóa bằng mã hex.Một byte thông
tin truyền đi có cần hai byte truyền thông.

Modbus RTU: Dữ liệu được đọc và mã hóa theo hệ nhị phân.Một byte thông
tin truyền đi chỉ cần một byte truyền thông. Chuẩn này thích hợp với các thiết bị có
truyền thông RS232, RS485 đa điểm.Tốc độ phổ biến từ 9600 baud đến 115200 baud.
Đây là loại được sử dụng phổ biến rộng rãi nhất.Ví dự như khi tiếp xúc thiết bị Delta
thì bạn sẽ thấy Modbus ASCII được sử dụng, còn nếu sử dụng của Siemens thì
Modbus RTU được sử dụng. Nhưng hầu hết các thiết bị đều có hổ trợ cả hai loại chuẩn
này.
Modbus TCP/IP: Là loại modbus thông qua Ethernet, các thiết bị được kết nối
qua mạng với các địa chỉ IP. Dữ liệu truyền đi cũng đơn giản hơn thông qua gói tin của
TCP/IP.Hai giao thức được dùng chủ yếu ở đây là TCP (Transmision control protocol )
và IP (Internet protocol).Modbus có tới 255 chức năng khác nhau, nhưng bạn chỉ cần
biết một số chức năng 03, 06, 10 …Là các chức năng ghi, đọc các thanh ghi đơn. Cụ

thể bạn xem trong hướng dẫn từng thiết bị. Trong bộ nhớ của Modbus bạn cũng cần
quan tâm đến địa chỉ của thanh ghi: Ví dụ: 40001 đến 40009 là bộ ghi đọc lên thanh
ghi thiết bị (sử dụng phổ biến) bao gồm ghi xuống thiết bị và đọc về từ thiết bị.

Hình 2. 9 Mạng Modbus
11


2.2.4. Profibus
PROFIBUS (Process Field Bus) là một chuẩn cho truyền thông
fieldbus trong kỹ thuật tự động hóa và được phát triển lần đầu vào
năm 1989.

Cụ thể: PROFIBUS là một chuẩn mạng trường dùng để truyền dữ
liệu ở cấp điều khiển với khả năng truyền dữ liệu ở cấp nhỏ và trung
bình. Về mặt vật lý, nó là mạng dùng dây dẫn đồng xoắn có bọc kim
hoặc dùng dây cáp quang hoặc cũng có thể là mạng không dây dùng
truyền dẫn bằng hồng ngoại.
Có ba loại PROFIBUS được sử dụng ngày nay, PROFIBUS DP
thường được sử dụng nhất, PROFIBUS PA ít được sử dụng hơn dành
riêng cho ứng dụng.


PROFIBUS

DP (thiết

bị

ngoại

vi

phân

tán-Decentralised

Peripherals) được sử dụng để vận hành các cảm biến và cơ cấu
chấp hành thông qua một bộ điều khiển tập trung trong các
ứng dụng sản xuất tự động hóa (nhà máy).
Là giao diện chuẩn để trao đổi dữ liệu giữa các trạm điều khiển
(dùng PLC, DP master) và các thiết bị hiện trường (DP slave.
Tốc độ tối đa của PROFIBUS DP là 12Mbit/giây.


PROFIBUS PA (Tự động hóa quá trình – Process Automation)
được sử dụng để giám sát các thiết bị đo thông qua một hệ
thống điều khiển quá trình trong các ứng dụng tự động hóa quá
trình.Số lượng các thiết bị gắn vào một phân khúc PA sẽ bị giới

hạn bởi một số tính năng.
PA có tốc độ truyền tải dữ liệu là 31.25 kbit/s.
PROFIBUS PA được thiết kế để chuyên dùng cho điều khiển quá
trình và cho phép các thiết bị đo và các thiết bị chấp hành có
thể nối ghép với mạng điều khiển chung thậm chí trong điều
kiện môi trường nguy hiểm. PROFIBUS PA tuân theo tiêu chuẩn
IEC 61158-2 (truyền đồng bộ), nghĩa là cấu hình an toàn và các
thiết bị hiện trường nhận nguồn nuôi thông qua đường mạng.
12


PROFIBUS-PA có thể có cấu trúc hình tuyến, hình cây hay hình

sao. Số trạm trên một nhánh mạng phụ thuộc vào nguồn nuôi,
dòng tiêu thụ của các trạm, dạng cáp được sử dụng và khoảng
cách của chúng. Tốc độ truyền của PROFIBUS PA là 31.25
kbit/giây. Nó có thể hoạt động với cấu hình có dự phòng bằng
cách nhân đôi đường mạng. Một tuyến PROFIBUS PA có thể nối
với tuyến PROFIBUS DP thông qua bộ chuyển đổi DP/PA link


PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification): được sử dụng
để trao đổi thông tin giữa các bộ điều khiển (PLC) và các máy
tính ở cấp điều khiển. Một trong những ưu điểm của FMS là dữ
liệu được truyền đi có cấu trúc không phụ thuộc vào thiết bị mà

nó phát đi (dạng trung hoà), sau đó nó được chuyển đổi thành
dạng đặc thù của thiết bị tiếp nhận nó. Điều đó có nghĩa là, nó
có thể “nói chuyện” với tất cả thiết bị hiểu được FMS. Trong
chương trình của người sử dụng, ta có thể dùng các ngôn ngữ
tương ứng như STL hay C cho các ứng dụng chạy trên PC.

Ưu điểm của mạng Profibus:


Kết nối được nhiều trạm remote



Tốc độ truyền thông từ 9.6kB – 12MB/s



Khoảng cách truyền rất xa 1200m (RS485)



Kết nối nhiều loại PLC của các hãng khác nhau

Nhược điểm:



Hệ thống Profibus khá phức tạp.



Yêu cầu người thiết kế phải có kiến thức chuẩn, có kinh nghiệm
xử lý sự cố về mạng.

2.2.5. Profinet
PROFINET là chuẩn mở sáng tạo cho Ethernet công nghiệp, phát
triển bởi Siemens và Profibus User Organization (PNO). Với

PROFINET, giải pháp có thể được thực hiện cho nhà máy và tự động
hóa quá trình, cho các ứng dụng an toàn, và cho toàn bộ phạm vi
của công nghệ truyền động trong điều khiển chuyển động đồng bộ
13


theo thời gian. PROFINET được chuẩn hóa theo chuẩn IEC 61158 và
IEC 61784. Profinet được chứng nhận bởi PNO user organization, đảm
bảo cho khả năng tương thích rộng khắp.
PROFINET dựa trên nền Ethernet và dùng chuẩn TCP/IP và IT
đồng thời bổ sung thêm giao thức đặc biệt và cơ khí hóa để đạt được
hiệu suất thời gian thực tốt nhất. PROFINET cho phép tích hợp hệ

thống Fieldbus như PROFIBUS, DeviceNet, và Interbus, mà không làm
thay đổi thiết bị hiện có.
Lớp thời gian thực
PROFINET đáp ứng hiệu quả với các cấp :
TCP/IP: cho các ứng dụng phi thời gian thực
Real Time (RT): cho việc truyền dữ liệu theo chu kỹ vởi thời gian thực
Isochronous Real Time (IRT): cho các ứng dụng điều khiển và giám
sát
CPU S7-1200 có một cổng PROFINET được tích hợp, hỗ trợ cả tiêu chuẩn
truyền thông Ethernet và dựa trên TCP/IP. Các giao thức ứng dụng sau đây được hỗ trợ
bởi CPU S7-1200:
 Giao thức điều khiển vận chuyển (Transport Control Protocol-TCP).

 ISO trên TCP (RFC 1006).

14


Hình 2. 10: Một số kết nối Profinet thường dùng
2.7.1. Giao tiếp giữa PLC S7-1200 và máy tính
So với các loại CPU khác của PLC thì S7 1200 có hỗ trợ giao tiếp tích hợp
PROFINET ( ETHERNET) để kết nối với các thiết bị lập trình, thiết bị HMI và các bộ
điều khiển SIMATIC khác.

Hình 2. 11: Giao tiếp giữa PLC S7-1200 và máy tính

Một CPU của S7 -1200 có thể giao tiếp với một thiết bị lập trình TIA Portal V13
trên một mạng giúp cho việc điều khiển và thiết lập cấu hình phần cứng, giám sát
chỉnh sửa biến và chuẩn đoán lỗi thuận tiện hơn. Nhưng để giao tiếp thuận lợi phải bảo
đảm các điều kiện sau :

15


- Thành lập kết nối truyền thông phần cứng :
 Lắp đặt CPU.
 Cắm cáp Ethernet vào trong cổng PROFINET.
 Kết nối cáp Ethernet đến thiết bị lập trình.

- Gán các địa chỉ IP (Internet Protocol) :
Sau khi kết nối cáp từ cổng PROFINET của PLC với máy tính ta tiến hành thay
đổi địa chỉ IP mạng Ethernet của máy tính khác với IP của CPU S7 1200.
Để thay đổi được địa chỉ IP này có thể thực hiện theo 2 cách sau :
- Thay đổi trực tiếp trên máy tính :
 Từ biểu tượng CPU click chuột vào biểu tượng

cổng kết nối/chọn

Ethernet Addresse để xem địa chỉ IP của CPU PLC đang sử dụng.

Hình 2. 12: Địa chỉ IP của CPU đang sử dụng

 Sau đó ở máy tính chọn kết nối Ethernet / chuột phải chọn Properties /
chọn networking / chọn (TCP/IPv4) để thay đổi địa chỉ IP ở mục như
hình 3.18 khác với IP của PLC mới có thể kết nối và nạp chương trình từ
máy tính xuống CPU S7 1200.

16