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

TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

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

Cán bộ hƣớng dẫn : ThS. BÙI THÚC MINH
Sinh viên thực hiện : BÙI GIA KHÁNH
Khóa 51

Khánh Hòa, 2013


TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

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

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

Khánh Hòa, 2013


i
LỜI CẢM ƠN
Trải qua bốn năm học đại học đầy căng thẳng và thú vị, tôi và các bạn trong lớp
51DDT đã đƣợc các thầy cô trong bộ môn cũng nhƣ toàn thể giảng viên trong toàn
trƣờng truyền thụ những kiến thức thật quý giá và bổ ích cho tất cả chúng em. Vì vậy
lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn toàn bộ những giảng viên đã truyền đạt kiến
thức cho chúng em trong những năm qua.
Tiếp theo em muốn gửi lời cảm ơn đến thầy Bùi Thúc Minh, ngƣời đã trực tiếp
và tận tình hƣớng dẫn em trong suốt thời gian làm đồ án. Em xin chân thành cảm ơn
thầy.
Em cũng xin chân thành cảm ơn bố mẹ, ngƣời thân và bạn bè. Những ngƣời đã
giúp đỡ về mặt tinh thần cũng nhƣ vật chất rất nhiều để em có thể hồn thành tốt đồ án
này. Xin chân thành cảm ơn mọi ngƣời.
Nha Trang, tháng 6 năm 2013
Sinh viên
Bùi Gia Khánh


ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM 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 TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU..................................................................... 2
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................................................. 2
5. BỐ CỤC ĐỒ ÁN.............................................................................................................................. 2

CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200.................................................. 3
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG................................................................................................................ 3
1.2. ĐẶC ĐIỂM BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH.................................................................... 3
1.3. GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200.............................................................................................. 4
1.3.1. Tổng quan về PLC S7-1200............................................................................................. 4
1.3.2. Các bảng tín hiệu................................................................................................................. 7
1.3.3. Các module tín hiệu............................................................................................................ 8
1.3.4. Các module truyền thông.................................................................................................. 8

CHƢƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL.......................................... 9
2.1. TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL............................................................... 9
2.1.1. Tạo ra cấu hình của thiết bị, thêm một thiết bị vào đề án.................................. 10
2.1.1.1. Thêm thiết bị mới vào đề án................................................................................. 10
2.1.1.2. Nhận biết cấu hình của một CPU chƣa xác định......................................... 12
2.1.2. Cấu hình sự hoạt động của CPU................................................................................. 13
2.1.3. Thêm các module vào cấu hình................................................................................... 14
2.1.4. Cấu hình một địa chỉ IP trong đề án........................................................................... 15
2.1.4.1. Gán một địa chỉ IP trực tuyến.............................................................................. 16


iii
2.1.4.2. Cấu hình giao diện PROFINET.......................................................................... 18
2.1.5. Bảo vệ bằng mật khẩu cho CPU S7-1200................................................................ 19
2.1.6. Tải chƣơng trình xuống CPU....................................................................................... 20

2.1.7. Giám sát và thực hiện chƣơng trình.......................................................................... 22
2.2. KỸ THUẬT LẬP TRÌNH...................................................................................................... 23
2.2.1. Vịng qt chƣơng trình................................................................................................. 23
2.2.2. Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS................................................... 24
2.2.3. Hàm chức năng – FUNCTION.................................................................................... 25
2.3. TẬP LỆNH LẬP TRÌNH........................................................................................................ 26
2.3.1. Bit logic................................................................................................................................ 26
2.3.2. Sử dụng bộ Timer.............................................................................................................. 27
2.3.3. Sử dụng bộ Counter.......................................................................................................... 28
2.3.4. So sánh.................................................................................................................................. 29
2.3.5. Toán học................................................................................................................................ 29
2.3.6. Di chuyển MOVE............................................................................................................. 30
2.3.7. Các lệnh định tỷ lệ và chuẩn hóa................................................................................ 31
2.3.8. Các lệnh đếm thời gian................................................................................................... 32
2.3.9. Lệnh toán tử word logic.................................................................................................. 33

CHƢƠNG 3 WEB SERVER......................................................................................................... 34
3.1. TRANG WEB CHUẨN.......................................................................................................... 34
3.1.1. Kích hoạt Web server....................................................................................................... 34
3.1.2. Truy cập trang web chuẩn.............................................................................................. 34
3.1.3. Chức năng phân quyền sử dụng................................................................................... 35
3.1.4. Trang Introduction............................................................................................................ 35
3.1.5. Trang Start page................................................................................................................. 36
3.1.6. Trang Identification.......................................................................................................... 36
3.1.7. Trang Diagnostic Buffer................................................................................................. 37
3.1.8. Trang Module Information............................................................................................ 37
3.1.9. Trang Communication..................................................................................................... 38
3.1.10. Trang Variable Status.................................................................................................... 39

iv
3.1.11. Trang Data Logs.............................................................................................................. 39
3.1.12. User-defined web pages............................................................................................... 40
3.1.13. Một số hạn chế ảnh hƣởng đến web server.......................................................... 40
3.2. TRANG WEB TỰ XÂY DỰNG......................................................................................... 41
3.2.1. Cách tạo một trang HTML............................................................................................ 41
3.2.2. Các lệnh AWP hỗ trợ cho Web server S7-1200..................................................... 42
3.2.3. Cấu trúc chung................................................................................................................... 42
3.2.4. Các lệnh AWP..................................................................................................................... 42
3.2.4.1. Đọc biến từ PLC....................................................................................................... 42
3.2.4.2. Ghi biến xuống PLC................................................................................................ 43
3.2.4.3. Đọc các biến đặc biệt.............................................................................................. 44
3.2.4.4. Ghi các biến đặc biệt............................................................................................... 45
3.2.4.5. Sử dụng bí danh cho các biến tham khảo........................................................ 46
3.2.4.6. Xác định loại enum.................................................................................................. 47
3.2.5. Cấu hình các trang web chúng ta tự định nghĩa.................................................... 47
3.2.6. Lập trình để kích hoạt trang web chúng ta tự định nghĩa:................................. 48
3.3. TRUY CẬP WEB SERVER.................................................................................................. 49
3.3.1. Truy cập Web Server trên mạng LAN....................................................................... 49
3.3.2. Truy suất Web Server trên mạng WAN..................................................................... 49
3.4. THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG WEB SERVER ĐIỀU KHIỂN PLC.......................50
3.4.1. Thực nghiệm sử dụng Web Server điều khiển PLC bằng mạng Internet....50
3.4.1.1. Kết nối các thiết bị xây dựng hệ thống liên kết của ví dụ.........................50
3.4.1.2. Thực hiện các thao tác cài đặt IP PLC vào Router ADSL........................ 52
3.4.1.3. Thao tác truy cập Web Server từ mạng Internet........................................... 54
3.4.2. Thực hiện tao tác điều khiển PLC............................................................................... 56
CHƢƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH MÁY PHA MÀU TỰ ĐỘNG VÀ

PHÂN LOẠI SẢN PHẨM............................................................................................................... 59
4.1. LÝ DO CHỌN MƠ HÌNH..................................................................................................... 59

4.2. HƢỚNG THỰC HIỆN MƠ HÌNH.................................................................................... 59
4.3. GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ TRONG MƠ 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. Cơng tắc hành trình.......................................................................................................... 63
4.4. SƠ ĐỒ ĐIỆN VÀ CÁC QUY ƢỚC TRONG MƠ HÌNH........................................ 64
4.4.1. Sơ đồ kết nối PLC............................................................................................................. 64
4.4.2. Mạch động lực.................................................................................................................... 64
4.5. YÊU CẦU KỸ THUẬT PHƢƠNG PHÁP PHA MÀU SƠN.................................. 65
4.6. ĐIỀU KHIỂN MÁY PHA MÀU TỰ ĐỘNG VÀ PHÂN LOẠI.............................66
4.6.1. Quy trình xử lý điều khiển............................................................................................. 66
4.6.2. Quy định địa chỉ vào ra trong PLC............................................................................. 67
4.6.3. Mơ hình hệ thống pha màu tự động và phân loại.................................................. 67
4.6.3.1. Các bồn chứa màu cơ bản..................................................................................... 68
4.6.3.1. Bơm và các van xả của các màu cơ bản.......................................................... 68
4.6.3.2. Bồn định lƣợng......................................................................................................... 69
4.6.3.3. Cảm biến áp suất và van xả bồn định lƣợng................................................. 69
4.6.3.4. Bồn trộn, động cơ trộn và van xả bồn trộn..................................................... 69
4.6.3.5. Băng tải chính và thùng đựng sơn thành phẩm............................................. 70
4.6.3.6. Băng tải phụ và cần gạt phân loại...................................................................... 70
4.6.3.8. Tủ điện.......................................................................................................................... 70

4.7. GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN WEB SERVER CỦA PLC............................................. 71
4.7.1. Giao diện đăng nhập Web Server................................................................................ 71
4.7.2. Giao diện điều khiển tự tạo........................................................................................... 72
4.7.2.1. Trang "Màn hình điều khiển"............................................................................... 72
4.7.2.2. Trang "Màn hình giám sát"................................................................................... 74


vi
4.7.2.3. Mã lập trình WEB.................................................................................................... 75
4.8. LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT......................................................................................................... 75
4.8.1. Cho phép hệ thống hoạt động....................................................................................... 75
4.8.2. Chọn màu 1; màu 2; màu 3 và phân loại.................................................................. 75
4.8.3. Chọn màu 4; màu 5; màu 6 và phân loại.................................................................. 75
4.8.4. Phân loại sản phẩm theo dung tích............................................................................. 75
4.9.1. Chƣơng trình chính.......................................................................................................... 80
4.9.2. Chƣơng trình con chọn màu......................................................................................... 82

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................................................... 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................... 84


vii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1. Thành phần PLC S7-1200.................................................................................................. 5
Hình 1. 2. Các bảng tín hiệu của PLC S7-1200.............................................................................. 7
Hình 1. 3. Các module tín hiệu của PLC S7-1200......................................................................... 8
Hình 1. 4. Các module truyền thơng của PLC S7-1200.............................................................. 8
Hình 2. 1. Kết cấu làm việc với TIA................................................................................................... 9
Hình 2. 2. Thêm thiết bị mới vào đề án kiểu Portal.................................................................... 10
Hình 2. 3. Thêm thiết bị mới vào đề án kiểu Project................................................................. 10

Hình 2. 4. Hộp thoại "Add New Device"....................................................................................... 10
Hình 2. 5. Device view của cấu hình phần cứng......................................................................... 11
Hình 2. 6. Thuộc tính cài đặt IP PLC............................................................................................... 11
Hình 2. 7. Lệnh “Hardware detection” trong mục “Online”................................................... 12
Hình 2. 8. Cấu hình của thiết bị đƣợc kết nối.............................................................................. 12
Hình 2. 9. Lựa chọn thiết bị đƣợc tìm thấy................................................................................... 13
Hình 2. 10. Các mục trong thẻ “Properties”.................................................................................. 13
Hình 2. 11. Kiểm tra PLC khơng có IP........................................................................................... 16
Hình 2. 12. Online & diagnostics PLC............................................................................................ 16
Hình 2. 13. Hộp thoại “Online & diagnostics"............................................................................. 17
Hình 2. 14. Nhập IP của PLC.............................................................................................................. 17
Hình 2. 15. Kiểm chứng lại IP PLC.................................................................................................. 17
Hình 2. 16. Cổng Profinet của PLC S7-1200................................................................................ 18
Hình 2. 17. Bảng cấu hình cài đặt IP cho PLC S7-1200 trên TIA Portal........................... 18
Hình 2. 18. Cài đặt mật khẩu PLC.................................................................................................... 19
Hình 2. 19. Tải chƣơng trình xuống PLC...................................................................................... 20
Hình 2. 20. Hiển thị các kết nối với PLC....................................................................................... 21
Hình 2. 21. Kết thúc qua trình tải xuống........................................................................................ 21
Hình 2. 22. Giám sát chƣơng trình qua Monitor......................................................................... 22
Hình 2. 23. Giám sát chƣơng trình qua Go online..................................................................... 22
Hình 2. 24. Bật giám sát chƣơng trình Monitor.......................................................................... 22
Hình 2. 25. Cấu trúc lập trình............................................................................................................. 23


viii
Hình 2. 26. Tạo khối mã trong TIA Portal..................................................................................... 24
Hình 2. 27. Chèn các OB vào chƣơng trình.................................................................................. 24
Hình 2. 28. Lệnh định tỷ lệ.................................................................................................................. 31
Hình 2. 29. Lệnh Write System Time.............................................................................................. 32
Hình 2. 30. Lệnh Read System Time............................................................................................... 33

Hình 3. 1. Giao diện Web chuẩn........................................................................................................ 34
Hình 3. 2. Hình Logging in.................................................................................................................. 35
Hình 3. 3. Hình Logging out............................................................................................................... 35
Hình 3. 4. Giao diện Web chuẩn........................................................................................................ 35
Hình 3. 5. Giao diện trang bắt đầu.................................................................................................... 36
Hình 3. 6. Giao diện Identification................................................................................................... 36
Hình 3. 7. Giao diện Diagnostic Buffer.......................................................................................... 37
Hình 3. 8. Giao diện Module Information...................................................................................... 37
Hình 3. 9. Giao diện Parameter.......................................................................................................... 38
Hình 3. 10. Giao diện Statistics.......................................................................................................... 38
Hình 3. 11. Giao diện Variable Status.............................................................................................. 39
Hình 3. 12. Giao diện Data Logs....................................................................................................... 39
Hình 3. 13. Giao diện User-defined web pages............................................................................ 40
Hình 3. 14. Sơ đồ thể hiện tổng quát cách nhúng User-defined web................................... 41
Hình 3. 15. Input Target Level............................................................................................................ 43
Hình 3. 16. Submit setting.................................................................................................................... 44
Hình 3. 17. Giao diện để cấu hình cho Web server..................................................................... 47
Hình 3. 18. Khối lệnh WWW............................................................................................................. 48
Hình 3. 19. Chƣơng trình minh họa WWW.................................................................................. 48
Hình 3. 20. Sơ đồ liên kết trong mạng LAN................................................................................. 49
Hình 3. 21. Sơ đồ liên kết trong mạng WAN................................................................................ 50
Hình 3. 22. Các thiết bị kết nối của Ví dụ...................................................................................... 51
Hình 3. 23. Các thiết bị kết nối máy tính với PLC..................................................................... 51
Hình 3. 24. Cài đặt giá trị IP của PLC............................................................................................. 52
Hình 3. 25. Đăng nhập vào cài đặt của Router............................................................................. 52


ix
Hình 3. 26. Cơng cụ NAT trong Advanced Setup....................................................................... 53
Hình 3. 27. Thơng số cài đặt của NAT............................................................................................ 53

Hình 3. 28. Kiểm tra Port và IP tĩnh Router.................................................................................. 54
Hình 3. 29. Máy tính truy cập sử dụng Internet 3G.................................................................... 54
Hình 3. 30. Web Server PLC S7-1200 hiện lên trên Internet.................................................. 55
Hình 3. 31. Đăng nhập vào Web Server.......................................................................................... 55
Hình 3. 32. Trang chúng ta điều khiển............................................................................................ 56
Hình 3. 33. Đèn đã đƣợc bật thơng qua điều khiển từ Internet............................................. 56
Hình 3. 34. Đèn đã đƣợc tắt thông qua điều khiển từ Internet............................................... 57
Hình 3. 35. Nhập giá trị vào PLC...................................................................................................... 57
Hình 3. 36. Tải giá trị xuống PLC thành cơng............................................................................. 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. Cơng 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. Mơ hình Hệ thống pha màu tự động và phân loại............................................... 68
Hình 4. 14. Các bồn chứa màu cơ bản............................................................................................ 68
Hình 4. 15. Bơm và các Van xả màu cơ bản.................................................................................. 68
Hình 4. 16. Bồn đinh lƣợng sơn đang pha..................................................................................... 69
Hình 4. 17. Cảm biến áp suất và Van xả bồn định lƣợng......................................................... 69
Hình 4. 18. Bồn trộn, động cơ trộn và Van xả trộn..................................................................... 69
Hình 4. 19. Băng tải chính và thùng đựng sơn thành phẩm.................................................... 70

x
Hình 4. 20. Băng tải phụ và Cần gạt phân loại............................................................................. 70
Hình 4. 21. Tủ điện của mơ 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: ngơn ngữ lập trình trực quan.

FBD

Function Block Diagram: ngơn ngữ lập trình logic.

HMI

Human Machine Interface: Màn hình giao tiếp ngƣời dùng.

DI

Digital Input: đầu vào số.

DO

Digital Output: đầu ra số.

AI

Analog Input: đầu vào tƣơng tự.

SM

Modul tín hiệu

CM

Modul truyền thơng

SB

Bảng tín hiệu trên PLC

RS232 &

Cổng kết nối dạng com

RS485

TCP

Transport Control Protocol: giao thức truyền thơng mạng

JavaScript

Ngơn ngữ lập tình Java.

Html

Ngơn ngữ lập trình Web cơ bản.

NAT

Network Address Translation: Chuyển đổi địa chỉ IP

IP

Internet Protocol: giao thức liên mạng

OB

Organization blocks

FC

Functions: hàm chức năng.

FB

Functions Block: khối chức năng.

DB

Data Block: khối dữ liệu.

HSC

Bộ đếm tốc độ cao

PTO

Máy phát xung

PWM

Bộ điều chế độ rộng xung


xiii
BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ VIỆT ANH
Mạng toàn cầu

Internet

Trang mạng

Web

Máy chủ

Server

Thiết bị mở rộng

Modul

Hƣớng dẫn

Instruction

Chức năng biểu đồ

Funtion Chart

Kiểm soát q trình

Process control

Bảo vệ

Protection

Chuẩn truyền thơng

PROFINET

Thiết bị

Device

Bộ định tuyến

Router

Khơng 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 đốn

Diagnostic Buffer

Thơng tin

Communication

Màn hình hiển thị thơng 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 cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nƣớc, việc ứng

dụng các hệ thống điều khiển tự động trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp,

cũng nhƣ trong các thiết bị dân dụng nhằm nâng cao tính linh hoạt trong sản xuất và
chất lƣợng sản phẩm, phục vụ những nhu cầu và lợi ích của con ngƣời ngày càng
nhiều.
Nhờ sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển logic
khả lập trình PLC (Programmable Logic Controller) đã xuất hiện thay thế các hệ thống
điều khiển rơ le. Càng ngày PLC đã trở nên hoàn thiện và đa năng hơn. Các PLC ngày
nay khơng những có khả năng thay thế hoàn toàn các thiết bị điều khiển logic cổ điển,
mà cịn có khả năng thay thế các thiết bị điều khiển tƣơng tự. Các PLC đƣợc sử dụng
rộng rãi trong cơng nghiệp.
PLC có nhiều ƣu điểm về điều kh iển, phƣơng diện quản lý, kết nối thống nhất
giƣƣ̃a các thiết bịtrong mạng truyền thông với nhau . Nhƣng mơi trƣờng số hóa hiện
nay địi hỏi có thể kiểm sốt điều khiển cơng 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 cơng cụ
Web để có thể kiểm sốt 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 vơ cùng cần thiết , đó là thế mạnh của các
thiết bịđiều khiển công nghiệp thế hệ mới . Tất cả có thể xây dƣƣ̣ng và hồn thiện nhờ
vào mạng Internet và WEB.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng nhƣ muốn làm quen và tìm hiểu việc điều
khiển hệ thống dùng PLC và mạng Internet! Nên em chọn đề tài: Nghiên cứu, ứng
dụng PLC S7-1200 điều khiển thiết bị qua mạng internet.
2.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Tìm hiểu về PLC Simatic S7-1200: Nghiên cứu cấu trúc phần cứng, cấu trúc bộ

nhớ của PLC S7-1200.
Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm TIA Portal dùng để lập trình cho họ PLC
Simatic S7-1200.

2

Tìm hiểu xây dựng giao diện điều khiển Web Server để điều khiển PLC S71200 thông quang mạng Internet.
3.

ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tƣợng nghiên cứu
Nghiên cứu phần mềm lập trình điều khiển TIA Portal và các tập lệnh để xây

dựng điều khiển Web Server.
Viết chƣơng trình điều khiển mơ hình thơng qua Web Server và mạng
Internet. Phạm vi nghiên cứu
Xây dựng giao diện điều khiển mơ hình thơng qua Web Server của Siemens và
mạng Internet.
Tìm hiểu tổng quan về mơ hình và các giao thức kết nối PLC với mạng Internet.
4.

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Tìm hiểu tài liệu.
Sử dụng kết quả thực nghiệm.
Vận dụng, kế thừa tài liệu tham khảo, Đồ án của các khóa
trƣớc. Tham khảo các ý kiến góp ý.

5.

BỐ CỤC ĐỒ ÁN
Đồ án đƣợc thực hiện với các nội dung chủ yếu
sau: Chƣơng 1: Giới thiệu về PLC Simatic S71200. Chƣơng 2: Giới thiệu về phần mềm TIA
Portal. Chƣơng 3: Web Server và mạng Internet.

Chƣơng 4: Thi cơng mơ hình.
Mặc dù đã nỗ lực cố gắng trong quá trình thực hiện đồ án nhƣng do kiến thức

và thời gian có hạn nên khơng tránh khỏi những sai sót nhất định. Kính mong đƣợc sự
góp ý của các thầy cô và các bạn để đồ án đƣợc hoàn chỉnh hơn.


3

CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
PLC (Programmable Logic Control) là thiết bị có thể lập trình đƣợc thiết kế
chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lí từ đơn giản đến phức
tạp, tuỳ thuộc vào ngƣời điều khiển mà có thể thực hiện một loạt các chƣơng trình
hoặc sự kiện này đƣợc kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (hay cịn gọi là ngõ vào)
tác động vào PLC hoặc qua các bộ định thời (Timer) hay các sự kiện đƣợc đếm qua bộ
đếm. Khi một sự kiện đƣợc kích hoạt nó PLC bật ON, OFF hoặc phát ra một chuỗi
xung ra các thiết bị bên ngoài đƣợc gắn vào ngõ ra của PLC.
Nhƣ vậy nếu thay đổi các chƣơng trình đƣợc cài đặt trong PLC là có thể thực
hiện các chức năng khác nhau trong các môi trƣờng điều khiển khác nhau. Hiện nay
PLC đã đƣợc nhiều hãng khác nhau sản xuất nhƣ: Siemens, Omron, Mitsubishi, Pesto,
Alan Bradley, Shneider. Hitachi, …. Mặt khác PLC cũng đã bổ sung thêm các thiết bị
mở rộng khác nhƣ: Các cổng mở rộng AI (Analog Input), DI (Digital Input), các thiết
bị hiển thị, các bộ vào [7].

1.2. ĐẶC ĐIỂM BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH
Nhu cầu về một bộ điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc
đẩy sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình đƣợc (programmable control
systems) hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay q trình hoạt

động. Trong bối cảnh đó, bộ điểu khiển lập trình (PLC – Programmable Logic
Controller) đƣợc thiết kế nhằm thay thế phƣơng pháp điều khiển truyền thống dùng
rơ-le và thiết bị rời cồng kềnh và nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và
linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản. Ngồi ra, PLC cịn có thể
thực hiện những tác vụ khác nhƣ định thời, đếm, … làm tăng khả năng điều khiển cho
những hoạt động phức tạp, ngay cả với loại PLC nhỏ nhất.
Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái tín hiệu ngõ vào đƣợc đƣa
về từ q trình điều khiển, thực hiện các thao tác logic đƣợc lập trong chƣơng trình và
đƣa ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị tƣơng ứng, với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối
vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động có


4

công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu ở ngõ vào, mà khơng cần
có các mạch giao tiếp hay rơ-le trung gian. Tuy nhiên, khi dùng PLC điều khiển những
thiết bị có cơng suất lớn cần phải có mạch điện tử cơng suất trung gian gắn thêm vào.
Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà khơng
cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây, sự thay đổi chỉ là thay đổi chƣơng trình điều
khiển trong bộ nhớ thơng qua thiết bị lập trình chun dùng. Hơn nữa, chúng ta cịn có
ƣu điểm là thời gian lắp đặt và đƣa vào hoạt động nhanh hơn so với những hệ thống
truyền thống mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời.
Về phần cứng, PLC tƣơng tự nhƣ máy tính “truyền thơng”, và chúng có các đặc
điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong cơng nghiệp.
Khả năng kháng nhiễu tốt.
Cấu trúc dạng Modul cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối thêm Modul
mở rộng vào/ ra) và thêm chức năng (nối thêm Modul chuyên dùng).
Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra đƣợc chuẩn hố.
Ngơn ngữ lập trình chun dùng Ladder, Instruction và Funtion Chart, dễ hiểu
và dể sử dụng.

Thay đổi chƣơng trình điều khiển dễ dàng.
Những đặc điểm trên làm cho PLC đƣợc sử dụng rộng rãi trong việc điểu khiển
các máy móc cơng 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 chƣơng trình, CPU sẽ chứa mạch logic đƣợc yêu cầu để giám
sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng. CPU giám sát các ngõ vào và làm


5

thay đổi ngõ ra theo logic của chƣơng trình, có thể bao gồm các hoạt động nhƣ logic
Boolean, việc đếm, định thì, các phép tốn phức hợp và việc truyền thơng với các thiết
bị thơng minh khác.
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và
chƣơng trình điều khiển:
 Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép cấu hình việc

truy xuất đến các chức năng của CPU.
 Có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong

một khối xác định.
CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET.

Các module truyền thông là có sẵn dành cho việc giao tiếp qua các mạng RS232 hay
RS485.
Cấu tạo của PLC S7-1200.

Hình 1. 1. Thành phần PLC S7-1200
(1) Bộ phận kết nối nguồn.
(2) Các bộ phận kết nối nối dây có thể tháo đƣợc và khe cắm thẻ nhớ

nằm dƣới nắp phía trên.
(3) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.
(4) Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU).


6

Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lƣợng
giúp cho chúng ta tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Bảng 1. 1. Thông số kỹ thuật các loại CPU

K

K

Độ

C

C

Th

Tốc


T


7

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

Module tín hiệu
(SM)

Bảng tín hiệu
(SB)

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

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


8

1.3.3. Các module tín hiệu
Chúng ta có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng.
Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU.
(1) Các LED trạng thái dành cho I/O
của module tín hiệu.
(2) Bộ phận kết nối đƣờng dẫn.
(3) Bộ phận kết nối nối dây có thể
tháo ra.

Hình 1. 3. Các module tín hiệu của PLC 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 thơng.
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 thơng của PLC S7-1200
(1) Các LED trạng thái dành cho module truyền thông.
(2) Bộ phận kết nối truyền thông.