Nghiên cứu, ứng dụng PLC s7 1200 điều khiển thiết bị qua mạng intenet

TRƯỜNG 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 hướng dẫn : ThS. BÙI THÚC MINH
Sinh viên thực hiện : BÙI GIA KHÁNH
Khóa 51

Khánh Hòa, 2013


TRƯỜNG 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 hướng dẫn : ThS. BÙI THÚC MINH
Sinh viên thực hiện : BÙI GIA KHÁNH
Khóa 51 (2009 -2013)

Khánh Hòa, 2013


i
LỜI CẢM ƠN
Trải qua bốn năm học đại học đầy căng thẳng và thú vị, tôi và các bạn trong lớp
51DDT đã được các thầy cô trong bộ môn cũng như toàn thể giảng viên trong toàn
trường 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, người đã trực tiếp
và tận tình hướng 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, người thân và bạn bè. Những người đã
giúp đỡ về mặt tinh thần cũng như vật chất rất nhiều để em có thể hoàn thành tốt đồ án
này. Xin chân thành cảm ơn mọi người.
Nha Trang, tháng 6 năm 2013
Sinh viên
Bùi Gia Khánh


ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................................................ 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 TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU...................................................................... 2
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............................................................................................. 2
5. BỐ CỤC ĐỒ ÁN.............................................................................................................................. 2

CHƯƠNG 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

CHƯƠNG 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 chưa 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 chương trình xuống CPU........................................................................................ 20

2.1.7. Giám sát và thực hiện chương trình........................................................................... 22
2.2. KỸ THUẬT LẬP TRÌNH...................................................................................................... 23
2.2.1. Vòng quét chương 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

CHƯƠNG 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 hưởng 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
CHƯƠNG 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. HƯỚNG 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 ƯỚC 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 PHƯƠNG 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 lượng.......................................................................................................... 69
4.6.3.3. Cảm biến áp suất và van xả bồn định lượng.................................................. 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. LƯU 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. Chương trình chính........................................................................................................... 80
4.9.2. Chương 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 được kết nối............................................................................... 12
Hình 2. 9. Lựa chọn thiết bị được 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 chương 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 chương trình qua Monitor.......................................................................... 22
Hình 2. 23. Giám sát chương trình qua Go online...................................................................... 22
Hình 2. 24. Bật giám sát chương 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 chương 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. Chương 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 được bật thông qua điều khiển từ Internet.............................................. 56
Hình 3. 34. Đèn đã được 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 lượng sơn đang pha..................................................................................... 69
Hình 4. 17. Cảm biến áp suất và Van xả bồn định lượng......................................................... 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 người dùng.

DI

Digital Input: đầu vào số.

DO

Digital Output: đầu ra số.

AI

Analog Input: đầu vào tương tự.

SM

Modul tín hiệu

CM

Modul truyền thông

SB

Bảng tín hiệu trên PLC

RS232 &

Cổng kết nối dạng com

RS485

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

Hướng 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 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 tương tự. Các PLC được sử dụng
rộng rãi trong công nghiệp.
PLC có nhiều ưu điểm về điều kh iển, phương diện quản lý, kết nối thống nhất
giƣƣ̃a các thiết bịtrong mạng truyền thông với nhau . Nhưng môi trường số hóa hiện
nay đòi hỏi có thể kiểm soát điều khiển công việc tƣƣ̀ 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 .
Sƣƣ̣ liên lạc thống nhất giƣƣ̃a các thiết bịtrong hệ thống hoạt động với nhau và
với trung tâm điều hành tại chỗ và tƣƣ̀ xa là vô cùng cần thiết , đó là thế mạnh của các
thiết bịđiều khiển công nghiệp thế hệ mới . Tất cả có thể xây dƣƣ̣ng 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 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 S71200 thông quang mạng Internet.

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. BỐ CỤC ĐỒ ÁN
Đồ án được thực hiện với các nội dung chủ yếu sau:
Chương 1: Giới thiệu về PLC Simatic S7-1200.
Chương 2: Giới thiệu về phần mềm TIA Portal.
Chương 3: Web Server và mạng Internet. Chương
4: Thi công mô hình.
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.


3

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200
1.1. 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 [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 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

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 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).

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 S71200 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 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


5

thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình, có thể bao gồm các hoạt động như 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
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 1. 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).


6

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.
Bảng 1. 1. Thông số kỹ thuật các loại CPU
Chức năng

CPU 1211C

CPU 1212C

CPU 1214C

Kích thước vật lý (mm)

90 x 100 x 75

110 x 100 x 75

Bộ nhớ làm việc

25 kB

50 kB

Bộ nhớ nạp

1 MB

2 MB

Bộ nhớ giữ lại

2 kB

2 kB

I/O tích hợp cục bộ

6 ngõ vào / 4

8 ngõ vào / 6

14 ngõ vào /

Kiểu số

ngõ ra

ngõ ra

10 ngõ ra

Kiểu tương tự

2 ngõ ra

2 ngõ ra

2 ngõ ra

Kích thước ảnh tiến trình

1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)

Bộ nhớ bit (M)
Độ mở rộng các module tín
hiệu

4096 byte
Không

8192 byte
2

Bảng tín hiệu

1

Các module truyền thông

3 (mở rộng về bên trái)

8

4

6

Các bộ đếm tốc độ cao

3

3 tại 100 kHz

3 tại 100 kHz

Đơn pha

3 tại 100 kHz

1 tại 30 kHz

3 tại 30 kHz

Vuông pha

3 tại 80 kHz

3 tại 80 kHz

3 tại 80 kHz

1 tại 20 kHz

3 tại 20 kHz

Các ngõ ra xung

2

Thẻ nhớ

Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)

Thời gian lưu giữ đồng hồ
thời gian thực

0

Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 40 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 lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để
mở rộng dung lượng 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
8 x DC In

Module tín hiệu
(SM)

Kiểu số
Kiểu

16 x DC In
4 x Analog In

tương tự 8 x Analog In
Bảng tín hiệu
(SB)

Kiểu số
Kiểu
tương tự

Chỉ ngõ ra

Kết hợp In/Out

8 x DC Out

8 x DC In / 8 x DC Out

8 x Relay Out 8 x DC In / 8 x Relay Out
16 x DC Out
16 x Relay Out

16 x DC In / 16 x DC Out
16 x DC In / 16 x Relay

Out
2 x Analog In 4 x Analog In / 2 x Analog
4 x Analog In

Out

_

_

2 x DC In / 2 x DC Out

_

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 tương tự. SB kết nối vào phía trước 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 tương 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 đường dẫn.
(3) Bộ phận kết nối nối dây có thể
tháo ra.

Hình 1. 3. Các module tín hiệu của PLC S71200 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

CHƯƠNG 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 trường thân thiện cho chúng ta nhằm
phát triển, chỉnh sửa và giám sát mạng logic được 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, như 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 chương 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 đưa 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, được 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, được chèn vào CPU.
(5) Module tín hiệu (SM) dành cho I/O tương tự hay số: Tối đa là 8, được
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, dưới 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"