Điều khiển và giám sát hệ thống thông qua opc server

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG
NGHIỆP – Y SINH

Điều Khiển và Giám Sát Hệ Thống Thơng Qua
OPC Server

GVHD: Trương Đình Nhơn
SVTT: Nguyễn Duy Q
Nguyễn Minh Hiếu
MSSV: 09101108
09101040

SKL 0 0 5 6 7 7

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6/2017


TRƢỜNG ĐH. SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 06 năm 2017

BẢNG MÔ TẢ CÔNG VIỆC

Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Duy Quí

MSSV: 09101108

Lớp: 091011A
Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Minh Hiếu

MSSV: 09101040

Lớp: 091011A
Tên đề tài: Điều Khiển và Giám Sát Hệ Thống Thơng Qua OPC Server
1. MƠ TẢ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI:
Liên kết PLC Siemens S7-1200 và PLC ABB AC500 thông qua OPC Server. Kết nối
băng tải phân loại sản phẩn với PLC Siemens S7-1200. Kết nối HMI ABB CP635 với
PLC ABB AC500. Dùng HMI ABB CP635 điều khiển và giám sát hoạt động của băng
tải phân loại sản phẩm.

i


2. MÔ TẢ CÔNG VIỆC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI CỦA TỪNG SINH VIÊN:
Họ tên Sinh viên 1: Nguyễn Duy Quí
Các cơng việc thực hiện trong đề tài:
STT
1
2

3

4

5

NỘI DUNG CƠNG VIỆC
Tìm hiểu tổng quan về PLC Siemens S7-1200
Tìm hiểu tổng quan về OPC Server, tìm hiểu về một số OPC Server có thể
kết nối với PLC Siemens S7-1200
Tiến hành kết nối PLC Siemens S7-1200 với các OPC Server, lựa chọn loại
OPC Server phù hợp
Viết chƣơng trình PLC S7-1200 điều khiển băng tải phân loại sản phẩm của
hãng Siemens
Tiến hành kết nối PLC Siemens S7-1200 với PLC ABB AC500 thông qua
OPC Server

6

Hỗ trợ bạn cùng nhóm

7

Thiết kế, thi cơng, cân chỉnh hệ thống

8

Viết báo cáo

ii


Họ tên Sinh viên 2: Nguyễn Minh Hiếu

Các công việc thực hiện trong đề tài:
STT
1
2

3

4

NỘI DUNG CƠNG VIỆC
Tìm hiểu tổng quan về PLC ABB AC500.
Tìm hiểu tổng quan về OPC Server, tìm hiểu về một số OPC Server có thể
kết nối với PLC ABB AC500.
Tiến hành kết nối PLC ABB AC500 với các OPC Server, lựa chọn loại OPC
Server phù hợp.
Vẽ giao diện cho HMI ABB CP635, kết nối HMI ABB CP635 với PLC
ABB AC500.

5

Hỗ trợ bạn cùng nhóm.

6

Thiết kế, thi công, tinh chỉnh hệ thống.

7

Viết báo cáo.

SINH VIÊN 1

SINH VIÊN 2

(Ký ghi rõ họ tên)

(Ký ghi rõ họ tên)

Nguyễn Duy Quí

Nguyễn Minh Hiếu

XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN
(Ký ghi rõ họ tên)

iii


TRƢỜNG ĐH. SƢ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHƯC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP-Y SINH
Tp. HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2017

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:

Khóa:

Nguyễn Minh Hiếu
Nguyễn Duy Quí
Kỹ thuật Điện - Điện tử
Đại học chính qui
2009

MSSV: 09101040
MSSV: 09101108
Mã ngành: 01
Mã hệ:
1
Lớp:
091011A

I. TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG THÔNG QUA OPC
SERVER
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2. Nội dung thực hiện:
 Tìm hiểu tổng quan về PLC S7-1200.
 Tìm hiểu tổng quan về PLC AC-500 ABB.
 Tìm hiểu OPC server.
 Tìm hiểu cách thức kết nối, truyền dữ liệu giữa hai PLC thông qua OPC server.

 Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển.
 Viết chƣơng trình cho PLC.
 Thiết kế thi công phần cứng hệ thống.
 Chạy thử nghiệm hệ thống.
 Viết sách luận văn.
 Báo cáo đề tài tốt nghiệp.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
30/03/2017
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
30/06/2017
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN:
TS. Trƣơng Đình Nhơn
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

iv


TRƢỜNG ĐH. SƢ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHƯC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP-Y SINH
Tp. HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2017

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Duy Quí
Lớp: 091011A

MSSV:09101108
Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Minh Hiếu
Lớp: 091011A
MSSV:09101040
Tên đề tài: Điều khiển và giám sát hệ thống thơng qua OPC Server

Tuần/ngày
1-4
30/3-29/4

Xác nhận
GVHD

Nội dung
Tìm hiểu lý thuyết PLC Simatic S7-1200 của
SIEMENS
Tìm hiểu lý thuyết PLC PLC AC500
Tìm hiểu lý thuyết màn hình HMI CP600
của ABB
Tìm hiểu các phần mềm liên quan.

-

5-6
30/4-15/5

Tìm hiểu về OPC Server, cách thức liên kết và
các phần mềm liên quan

7

16/5-20/5

Lập trình đơn giản đễ làm quen với PLC và
HMI

8-10
21/5-15/6

-

11
15/6-20/6

Thiết kế lắp ráp phần cứng mơ hình, và căn
chĩnh lại cho hệ thống hoạt động ổn địnhổn
định.

12-15
21/6-15/6

Viết luận văn và chuẩn bị cho bảo vệ

Tiến hành lập trình cho hệ thống
Tạo liên kết OPC server

GV HƢỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

v

LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trƣớc đó và khơng sao
chép từ tài liệu hay cơng trình đã có trƣớc đó.

Ngƣời thực hiện đề tài

Nguyễn Minh Hiếu

Nguyễn Duy Quí

vi


LỜI CẢM ƠN
Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Trƣơng Đình Nhơn

_Trƣởng bộ mơn Tự Động Điều Khiển đã trực tiếp hƣớng dẫn, chỉ
bảo những kinh nghiệm quý báu và tận tình giúp đỡ, hổ trợ thiết bị
phần cứng tạo điều kiện để hoàn thành tốt đề tài.
Em chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Phong Lƣu _ Giảng viên
bộ mơn Tự Động Điều Khiển đã góp ý và chia sẻ nhiều kinh
nghiệm quý báu cho em thực hiện tốt đề tài.
Em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa
Điện-Điện Tử đã tạo những điều kiện tốt nhất, cung cấp những

kiến thức cơ bản cần thiết cho em hoàn thành đề tài.
Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến bạn bè, gia đình đã chia sẻ,
trao đổi, hỗ trợ kiến thức cũng nhƣ những kinh nghiệm quý báu
trong thời gian thực hiện đề tài.

Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm thực hiện đề tài:

Nguyễn Minh Hiếu
Nguyễn Duy Quí

vii


MỤC LỤC
Trang bìa ........................................................................................................................ i
Nhiệm vụ đồ án ............................................................................................................ iv
Lịch trình ...................................................................................................................... v
Cam đoan .................................................................................................................... vi
Lời cảm ơn .................................................................................................................. vii
Mục lục ...................................................................................................................... viii
Liệt kê hình vẽ ............................................................................................................. xi
Liệt kê bảng vẽ ........................................................................................................... xiv
Tóm tắt ....................................................................................................................... xv

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................ 1
1.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu ............................................................................................................. 1
1.3. Giới hạn .............................................................................................................. 1
1.4. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 2
1.5. Bố cục ................................................................................................................ 2

CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 4
2.1 Tổng quan PLC .................................................................................................. 4

2.1.1 PLC là gì ................................................................................................... 4
2.1.2 Cấu trúc PLC ............................................................................................. 4
2.2 Tổng quan PLC Siemens S7-1200 CPU 1212 DC/DC/DC ............................... 7
2.2.1 Giới thiệu về S7-1200 CPU 1212 DC/DC/DC .......................................... 7
2.2.2 Cấu trúc bộ nhớ .......................................................................................... 9
2.2.3 Phần mềm sử dụng ................................................................................... 10
2.3 Tổng quan PLC PM554 của ABB .................................................................... 10
2.3.1 Giới thiệu về PLC PM554-T-ETH .......................................................... 10
2.3.2 Phần mềm sử dụng ................................................................................... 11
2.4 Tổng quan màn hình HMI CP635 ABB ........................................................... 11
2.4.1 HMI là gì .................................................................................................. 11
2.4.2 Các thiết bị HMI truyền thống ................................................................. 12
2.4.3 Các thiết bị HMI hiện đại ........................................................................ 12
viii


2.4.4 Ứng dụng của HMI .................................................................................. 13
2.4.5Giới thiệu về HMI CP635 ABB ............................................................... 14
2.4.6 Phần mềm sử dụng ................................................................................... 15
2.5 Giới thiệu về mơ hình băng tải Bandmodell của Siemens ............................... 15
2.6 Giới thiệu sơ lƣợc về OPC ............................................................................... 16

CHƢƠNG 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ. ................................................ 18
3.1 Giới thiệu .......................................................................................................... 18
3.2 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ............................................................................. 18
3.3 Các phần mềm sử dụng ..................................................................................... 19
3.3.1 Phần mềm cho PLC ABB AC500 ............................................................ 19
3.3.2 Phần mềm cho HMI ABB CP635 ............................................................ 24
3.3.3 Phần mềm TIA Portal cho PLC SIEMENS S7-1200 ............................... 29
3.3.4 Phần mềm cho OPC Server ..................................................................... 34

CHƢƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ...................................................... 43
4.1 Giới thiệu. .......................................................................................................... 43
4.2 Thi công hệ thống ............................................................................................... 44
4.2.1 Các thiết bị sử dụng ................................................................................... 44
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra .................................................................................... 44
4.3 Đóng gói và thi cơng mơ hình ............................................................................ 47
4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển .............................................................................. 47
4.3.2 Thi cơng mơ hình ....................................................................................... 48
4.4 Lập trình hệ thống............................................................................................... 48
4.4.1 lƣu đồ giải thuật ........................................................................................ 48
4.4.2 Phần mềm CodeSys v2.3 lập trình cho PLC ABB PM554-T-ETH ........... 51
4.4.3 Phần mềm Panel Builder 600 lập trình cho HMI ABB CP635 ................ 52
4.4.4 Phần mềm TIA Portal lập trình cho PLC SIEMENS S7-1200 ................. 54
4.4.5 Các phần mềm khác ................................................................................... 56
4.6 Tài liệu hƣớng dẫn sử dụng, thao tác ................................................................. 57
4.6.1 Tài liệu hƣớng dẫn sử dụng ....................................................................... 57
4.6.2 Quy trình thao tác ....................................................................................... 57

CHƢƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................. 58
5.1 Kết quả ................................................................................................................ 58
5.2 Nhận xét đánh giá ............................................................................................... 59
ix


CHƢƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN. ........................... 60
6.1 Kết luận .............................................................................................................. 60
6.2 Hƣớng phát triển ................................................................................................. 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 61

PHỤ LỤC

......................................................................................................... 62

Cách đổi địa chỉ IP cho PC . ..................................................................................... 62
Code lập trình cho PLC Simatic S7-1200 . ............................................................. 64

x


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình

Trang

Hình 2.1: Kết nối sink và source cho ngõ vào .............................................................. 5
Hình 2.2: Kết nối sink và source cho ngõ ra ................................................................. 5
Hình 2.3: Cấu trúc cơ bản của một PLC ....................................................................... 7
Hình 2.4: Hình ảnh PLC Siemens S7-1200 CPU 1212 DC/DC/DC............................. 7
Hình 2.5: PLC ABB PM554-T-ETH ............................................................................ 10
Hình 2.6: Màn hình HMI ABB CP635 ......................................................................... 14
Hình 2.7: Kit thực hành Bandmodell của Siemens ....................................................... 15
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển giám sát qua OPC Server ........................... 18
Hình 3.2: Khởi động phần mềm Control builder plus .................................................. 20
Hình 3.3: Chọn PLC cần sử dụng.................................................................................. 21
Hình 3.4: Giao diện chính của control builder plus ...................................................... 21
Hình 3.5: Cài đặt I/O onboard ....................................................................................... 22
Hình 3.6: Scan IP của PLC ........................................................................................... 22
Hình 3.7: Chọn ngơn ngử lập trình, tên chƣơng trình ................................................... 23
Hình 3.8: Giao diện làm việc của Codesys ................................................................... 23

Hình 3.9: Khởi tạo phần mềm lập trình Panel builder 600 cho HMI ........................... 24
Hình 3.10: Mở phần mềm Panel builder 600 từ Control builder plus .......................... 24
Hình 3.11: Giao diện của Panel builder 600 ................................................................. 25
Hình 3.12: Tạo protocol ................................................................................................ 25
Hình 3.13: Tạo tag từ codesys ....................................................................................... 26
Hình 3.14: File AC500.SYM ...................................................................................... 26
Hình 3.15: Cài đặt attributes ........................................................................................ 27
Hình 3.16: Download Symbol file ................................................................................ 27
Hình 3.17: Xuất Tag ...................................................................................................... 28
Hình 3.18: Các cơng cụ Widget gallery ........................................................................ 28
Hình 3.19: Giao diện lúc khởi động .............................................................................. 29
Hình 3.20: Tạo một project mới .................................................................................... 29
Hình 3.21: Tùy chọn cửa sổ làm việc ........................................................................... 30
Hình 3.22: Tạo Device .................................................................................................. 30
Hình 3.23: Cài đặt IP ..................................................................................................... 31
Hình 3.24: Cài đặt IP cho PLC thực ............................................................................. 32
xi


Hình 3.25: Chọn IP sử dụng cho PLC Siemens S7-1200 CPU 1212 DC/DC/DC........ 32
Hình 3.26: PLC Access ................................................................................................. 33
Hình 3.27: Trạm liên kết ............................................................................................... 33
Hình 3.28: Data block cho OPC .................................................................................... 34
Hình 3.29: Code cho PLC ............................................................................................. 34
Hình 3.30: Khởi động KEPServerEX 6 Configuration ................................................. 35
Hình 3.31: New chanel .................................................................................................. 35
Hình 3.32: New Device ................................................................................................. 36
Hình 3.33: Chọn card mạng cho OPC........................................................................... 36
Hình 3.35: Tạo tag cho OPC ......................................................................................... 37
Hình 3.36: Kiểm tra kết nối với OPC ........................................................................... 37

Hình 3.37: Khởi tạo group ............................................................................................ 38
Hình 3.38: Thêm điểm liên kết ..................................................................................... 39
Hình 3.39: Các điễm liên kết dữ liệu khi hồn thành ................................................... 39
Hình 3.40: Thêm PLC ................................................................................................... 40
Hình 3.41: Cài đặt cho PLC .......................................................................................... 40
Hình 3.42: Cài đặt kết nối cho PLC ABB PM554-T-ETH ........................................... 41
Hình 4.1: Sơ đồ kết nối phần cứng của hệ thống .......................................................... 42
Hình 4.2: Mơ hình hồn thiện ....................................................................................... 43
Hình 4.3: Module nguồn JIAJUN-A15NK từ mơ hình ................................................. 44
Hình 4.4: Hình ảnh thực PLC PM554-T-ETH từ mơ hình ........................................... 44
Hình 4.5: Hình ảnh thực PLC SIMATIC S7-1200 từ mơ hình .................................... 45
Hình 4.6: Hình ảnh thực HMI CP635 và PLC PM554 từ mơ hình............................... 45
Hình 4.7: Băng tải phân loại sản phẩm ......................................................................... 46
Hình 4.8: Kết nối dây cho băng tải phân loại sản phẩm .......................................... 46
Hình 4.9: Switch mạng .................................................................................................. 47
Hình 4.10: Mơ hình hồn chỉnh .................................................................................... 48
Hình 4.11: Lƣu đồ chính của chƣơng trình điều khiển kit Bandmodell. ...................... 50
Hình 4.12: Biên dịch Codesys ....................................................................................... 51
Hình 4.13: Các tùy chọn Login, Logout, Run, Stop ..................................................... 51
Hình 4.14: Chƣơng trình cho PLC PM554-T-ETH ................................................. 52
Hình 4.15: Các tag để điều khiển chƣơng trình ............................................................ 52
Hình 4.16: Một nút nhấn điều khiển Start ..................................................................... 53
Hình 4.17: Sử dụng keypad ........................................................................................... 53
Hình 4.18: Numberic hiển thị số đếm ........................................................................... 54
xii


Hình 4.19: Cài đặt OPC Server cho PLC ...................................................................... 54
Hình 4.20: Tùy chọn Attributes .................................................................................... 55
Hình 4.21: Các tag đƣợc tạo trong PLC để kết nối OPC Server................................... 55

Hình 4.22: Các tag sử dụng trong OPC Kepserver ....................................................... 56
Hình 4.23: Tag trong KepserverEX 6 Configuration.................................................... 56
Hình I: Open Network and Sharing Center ................................................................... 62
Hình II: Properties Ethenet............................................................................................ 62
Hình III: chọn networking ............................................................................................. 63
Hình IV: Đặt IP cho PC . .............................................................................................. 63

xiii


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1: Một số thông số cơ bản của PLC Siemens S7-1200 CPU1212DC/DC/DC...8
Bảng 2.2: Một số thông số cơ bản của PLC ABB PM554-T-ETH ............................... 10
Bảng 2.3: Một số thông số cơ bản của HMI ABB CP635 ............................................ 14
Bảng 2.4: I/O của băng tải phân loại sản phẩm ............................................................ 16
Bảng 2.5: Tóm tắt lịch sử phát triền của OPC .............................................................. 16

xiv


TĨM TẮT
Cũng nhƣ những ngành cơng nghiệp khác, ngành xây dựng kỉ thuật tự động hóa
đang dần phát triển và đang tiếp tục phát triển hơn nữa, giải pháp của các nhà đầu tƣ là
mong muốn làm chuyễn biến khả năng chia sẽ dữ liệu. Các nhà cung cấp dịch vụ với
mạng kết nối toàn cầu đã chấp nhận rằng: khơng có khả năng liên kết đúng nghi thức
của mạng chủ với phần cứng đƣợc sử dụng hoặc khi chúng gặp rủi ro với mạng khách,

điều này dẫn đến những giải pháp tốn kém vì bị giới hạn và rất khó đễ duy trì Phƣơng
pháp này. Hơn nữa ở thời điễm này các giải pháp hiện giờ ngày càng theo hƣớng đối
lập: đơn giãn, việc chia sẽ dữ liệu giữa các thiết bị phải rỏ rang và không bị nhiễu,
cung cấp đƣợc nhiều ứng dụng từ nhà cung cấp.
Đễ đáp ứng nhu cầu đặt ra, việc phát triển cần đƣợc kết nối tự do giữa các thiết bị
có hệ thống băng thơng rộng. Hiện nay chúng ta có một giải pháp đơn giãn dựa trên
các tiêu chuẩn có sẳn, có thể định vị và phân phối cùng một lúc, giải pháp này gọi là
mạng OPC. Phƣơng thức của OPC rất đơn giãn: nó bƣớc đầu tiếp cận với các tầng
trung chuyễn giữa các thiết bị và các trình ứng dụng, cho phép truyền dữ liệu mà
không cần nhận biết mỗi một ma trận dữ liệu của các thiết bị này.
Đễ làm rỏ hơn vấn đề này nhóm chúng em tiến hành thực hiện đề tài điều khiển
và giám sát hoạt động của một băng tải kết nối với PLC S7-1200 CPU 1212
DC/DC/DC của Siemens. Thông qua OPC Server liên kết với PLC AC500 của ABB,
cả hệ thống đƣợc điều khiển và giám sát trên màn hình HMI ABB CP635.
Phƣơng pháp thực hiện: PLC S7-1200 đƣợc lập trình bằng phần mềm TIA Portal,
kết nối với OPC Server thông qua máy chủ Kepware (phần mềm Kepserverex6). PLC
AC500 đƣợc khởi tạo bằng phần mềm Control Builder Plus, lập trình và kết nối OPC
Server thông qua phần mềm Codesys OPC Server V2.3. Dùng phần mềm Matrikon
OPC đễ tiến hành liên kết các server OPC lại thành hệ thống hồn chỉnh.
Kết quả là đƣợc mơ hình điều khiển băng tải bằng phƣơng pháp chia sẽ dữ liệu
điều khiển giữa hai PLC khác hảng. Tất cả quá trình đƣợc giám sát và điều khiển trên
màn hình HMI.

xv


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Nhƣ chúng ta đã biết, ngày nay các thiết bị và hệ thống điều khiển tự động đã và
đang đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, cùng với sự phát triển nhanh chóng
của cơng nghệ điện tử. Bên cạnh việc đẩy mạnh phát triển của công nghệ thông tin,
các giải pháp truyền thông trong mạng công nghệp cũng không ngừng đƣợc đầu tƣ và
phát triển.
Vì vậy, việc tăng cƣờng sức cạnh tranh cho nền kinh tế nƣớc nhà nói chung và
ngành cơng nghiệp nói riêng, tự động hóa các dây chuyền sản xuất là điều không thể
thiếu trong công cuộc phát triển hiện nay. Việc ứng dụng các thiết bị tự động nói trên
vào việc điều khiển, giám sát, giao tiếp giữa các PLC của các hảng khác nhau lại đã
phổ biến rộng rãi với nhiều mục đích và quy mơ khác nhau.
Hình thành ý tƣởng từ nhu cầu thực tế xã hội, và tạo điều kiện tốt nhất để ngƣời
thực hiện đề tài có thể tự kiểm chứng lại năng lực của mình trong suốt quá trình học,
đề tài “Hệ thống điều khiển và giám sát thông qua OPC server” ra đời, nhƣng để
tạo ra đƣợc một sản phẩm có giá trị ứng dụng cao thì phải địi hỏi ngƣời thực hiện đề
tài phải nỗ lực trong vấn đề hệ thống hố lại tồn bộ các kiến thức liên quan và ứng
dụng nó một cách hiệu quả trong khi thực hiện đề tài.

1.2. MỤC TIÊU
Mục tiêu là thực hiện việc giao tiếp giữa hai PLC khác hãng, cụ thể là AC500
của ABB với Simatic S7-1200 của Siemens. Điều khiển và giám sát sự hoạt động của
hai PLC này thông qua OPC Server. Điều khiển kit thực hành Bandmodell của
Siemens trực tiếp trên màn hình cảm ứng HMI CP635 của ABB, và giám sát hoạt động
của nó.

1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
 NỘI DUNG 1: Tìm hiểu về cấu tạo, tập lệnh của PLC ABB PM554.
 NỘI DUNG 2: Tìm hiểu về cấu tạo, tập lệnh của PLC Siemens Simatic S7-1200.
 NỘI DUNG 3: Tìm hiểu về HMI ABB CP635.

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

1


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
 NỘI DUNG 4: Tìm hiểu về băng tải phân loại sản phẩm của Siemens.
 NỘI DUNG 5: Thiết kế mơ hình.
 NỘI DUNG 6: Thực hiện kết nối liên kết OPC Server.
 NỘI DUNG 7: Hoàn chỉnh mơ hình.
 NỘI DUNG 8: Đánh giá lại những điều đã thực hiện.
 NỘI DUNG 9: Viết luận văn.

1.4. GIỚI HẠN
 Chỉ lập trình chƣơng trình đơn giản, để thấy đƣợc cách thức giao tiếp giữa hai
PLC khác hãng qua OPC Server, nên số lƣợng tag liên kết ít.
 Do phần cứng có hạn, chỉ thực hiện hệ thống gồm 2 PLC khác hãng.
 Chỉ sử dụng phần mềm demo nên có giới hạn thời gian hoạt động, cũng nhƣ độ
mạnh mẽ của server.
 Tận dụng bộ thực hành có sẵn của trƣờng nên hệ thống có tính thẩm mỹ chƣa
cao.
1.5. BỐ CỤC
 Chƣơng 1: Tổng Quan
Trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các
giới hạn thông số và bố cục đồ án.
 Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Trình bày sơ lƣợc cấu tạo, nguyên lí hoạt động của các thiết bị phần cứng. giới thiệu
các ứng dụng trong thực tiển của chúng.
 Chƣơng 3: Thiết Kế và Tính Toán
Giới thiệu về các phần mền sử dụng trong quá trình thực hiện đồ án. Thiết kế sơ đồ
khối để kết nối các linh kiện và viết chƣơng trình điều khiển hoạt động của chúng.

 Chƣơng 4: Thi công hệ thống
Gồm có 2 phần là kết quả thi cơng phần cứng và những kết quả hình ảnh trên màn hình
hay mơ phỏng tín hiệu, kết quả thống kê.

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

2


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

 Chƣơng 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Viết lại kết quả những điều đã làm đƣợc, không làm đƣợc so với mục tiêu ban đầu đề
ra. Nhận xét và đánh giá vào sản phẩm mô hình, làm có đạt hay khơng, đạt bao nhiêu
phần trăm, đánh giá sai số nếu có liên quan đến các đo lƣờng các đại lƣợng, nguyên
nhân sai số, tính ổn định của hệ thống, thời gian đáp ứng của hệ thống, tính thẩm mỹ
có đạt hay khơng, tính an tồn, … tính dễ sử dụng, tính bảo mật, …
 Chƣơng 6: Kết Luận và Hƣớng Phát Triển
Trình bày ngắn gọn những kết quả đã thu đƣợc dựa vào những phƣơng pháp, thuật
toán đã kiến nghị ban đầu, ghi ra những gì đã làm đƣợc nhƣ thế nào, và chƣa làm đƣợc
so với mục tiêu. Trình bày hƣớng phát triển của đề tài mà mình đã làm để tăng khả
năng, tăng thêm chức năng, mở rộng khả năng điều khiển, tính linh hoạt hay chỉ cần
thay đổi 1 thiết bị này bằng 1 thiết bị khác thì sản phẩm của mình có thể đáp ứng đƣợc
nhiều ứng dụng khác, … hay các giải pháp tốt hơn có đƣợc, phát hiện ra trong q
trình nghiên cứu thực hiện đề tài.

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

3

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1

TỔNG QUAN PLC

2.1.1 PLC là gì?
PLC là chữ viết tắt Programmable Logic Controller: là thiết bị điều khiển lập
trình đƣợc (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển logic
thơng qua một ngơn ngữ lập trình.
Ngƣời sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự
kiện này đƣợc kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua
các hoạt động có trễ nhƣ thời gian định thì hay các sự kiện đƣợc đếm. PLC dùng để
thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC hoạt động theo phƣơng thức quét
các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay
đổi theo. Ngơn ngữ lập trình của PLC có thể là Function Block Diagram-FBD, Ladder
Logic-LAD, Statement Lits-STL, ... Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC nhƣ
INVT, Allen-Bradley, Omron, ABB, Rockwell, Siemens, Mitsubishi, …

2.1.2 Cấu trúc PLC
Cấu trúc cơ bản của một PLC bao giờ cũng bao gồm các thành phần cơ bản sau:
 Module nguồn: có thể tích hợp sẳn bên trong PLC hay làm riêng bên ngồi. Có
nhiều cấp điện áp khác nhau tùy loại PLC, gồm 110VAC, 220VAC hoặc
24VDC
 Module xử lý tín hiệu (CPU): là bộ sử lí trung tâm làm việc nhƣ một máy tính,
dùng để lƣu trử và xử lí chƣơng trình logic bậc thang.
 Module vào (INPUT), Module ra (OUTPUT): nhận và xuất các tín hiệu vào, ra
dạng tƣơng tự hoặc số của PLC

o Đối với các mạch điện tử logic ngƣời ta phân biệt sink và source theo
trang thái khi đƣợc kích hoạt.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

4


CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 Tầng ra sink kích hoạt khi ở mức “0”, và transistor ngỏ ra sẽ là
nguồn hút dịng từ bên ngồi. Tầng ra sink thƣờng đƣợc thiết kế
dạng mạch open collector.
 Tầng ra source kích hoạt khi ở mức “1”, và transistor ngỏ ra sẽ là
nguồn cấp dịng cho tải bên ngồi.
o Cách mắc theo dạng sink và source:

Sinking

Sourcing

Hình 2.1: Kết nối sink và source cho ngõ vào

Sourcing

Sinking

Hình 2.2: Kết nối sink và source cho ngõ ra
 Module nhớ: gồm RAM, EPROM VÀ EEPROM
o RAM (Random Access Memory) có thể nạp chƣơng trình, thay đổi hay
xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn

điện nuôi bị mất. Để tránh tình trạng này các PLC đều đƣợc trang bị một
pin khơ, có khả năng cung cấp năng lƣợng dự trữ cho RAM từ vài tháng

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

5


CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
đến vài năm. Trong thực tế RAM đƣợc dùng để khởi tạo và kiểm tra
chƣơng trình.
o EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà
ngƣời sử dụng bình thƣờng chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào
đƣợc. Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó đƣợc gắn
sẵn trong máy, đã đƣợc nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẳn.
o EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)
liên kết với những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định. Nội
dung của nó có thể đƣợc xóa và lập trình bằng điện, tuy nhiên số lần là
có giới hạn. Môi trƣờng ghi dữ liệu thứ tƣ là đĩa cứng hoặc đĩa mềm,
đƣợc sử dụng trong máy lập trình. Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung
lƣợng lớn nên thƣờng đƣợc dùng để lƣu những chƣơng trình lớn trong
một thời gian dài.
 Vùng nhớ: thƣờng đƣợc chia làm 4 vùng:
o Vùng nhớ chƣơng trình: vùng bộ nhớ đƣợc sử dụng để lƣu trữ các lệnh
chƣơng trình.
o Vùng tham số: vùng lƣu trử các tham số nhƣ từ khóa, địa chỉ
trạm,…cũng giống nhƣ vùng chƣơng trình.
o Vùng dữ liệu: đƣợc sử dụng để lƣu tất cả dữ liệu của chƣơng trình bao
gồm các kết quả, các phép tính, bộ đệm,…vùng nhớ này còn đƣợc chia
thành nhiều vùng nhớ nhỏ khác:

 M: lƣu trữ trạng thái của quá trình hoạt động hoặc các thông tin
điều khiển.
 I: vùng nhớ đầu vào.
 Q: vùng nhớ đầu ra.
 T: lƣu trữ giá trị đếm thời gian hiện tại và giá trị các bit điều
khiển của counter.
 AI, AQ: lƣu các dữ liệu đầu vào tƣơng tự.
o Vùng đối tƣợng: lƣu trữ dữ liệu cho các đối tƣợng lập trình nhƣ giá trị
tức thời, giá trị đặt trƣớc của Counter, bộ định thời Timer, bộ đếm tốc độ
cao và các bộ đệm vào ra tƣơng tự.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

6


CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.3: Cấu trúc cơ bản của một PLC
Ngồi các module trên PLC cịn có các module phụ trợ nhƣ module giao tiếp
mạng, truyền thông, module ghép nối các module chức năng để xử lý tín hiệu nhƣ
module kết nối với các cân nhiệt, module điều khiển động cơ bƣớc, module kết nối với
encoder, module đếm xung, …

2.2

TỔNG QUAN PLC S7-1200 CỦA SIEMENS

2.2.1 Giới thiệu PLC S7-1200 CPU 1212DC/DC/DC:

Hình 2.4: Hình ảnh PLC S7-1200

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

7


CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
S7-1200 là thiết bị điều khiển logic lập trình loại nhỏ của hãng Siemens, có cấu
trúc theo kiểu module và có các module mở rộng. Các module này đƣơc sử dụng cho
nhiều ứng dụng lập trình khác nhau.
 Bộ điều khiển gọn nhẹ có dải hiệu suất từ thấp đến trung bình.
 Tích hợp quy mô lớn, tiết kiệm không gian, mạnh mẽ.
 Với đƣờng đặc tính thời gian thực đặc biệt và tùy chọn truyền thơng lớn
 Bộ điều khiển với tích hợp giao diện điều khiển PROFINET IO để truyền
thông giữa bộ điều khiển SMATIC, HMI, thiết bị lập trình, hoặc các thành
phần tự động khác. Hỗ trợ 16 kết nối Ethernet TCP/IP, ISO on TCP, và S7
protocol. Tốc độ truyền 10/100 Mbits/s.
 Các CPU có thể sử dụng chế độ độc lập trong mạng hoặc trong các cấu
trúc đƣợc phân phối.
 Rất đơn giản trong việc lắp đặt, lập trình và vận hành.
 Tích hợp Web sever chuẩn, đặc thù ngƣời dùng trang web.
 Chức năng ghi dữ liệu để lƣu trữ dữ liệu trong thời gian chạy từ khi sử
dụng chƣơng trình.
 Cơng suất lớn, các chức năng tích hợp cơng nghệ nhƣ đếm, đo lƣờng, điều
khiển vịng kín, điều khiển chuyển động.
 Tích hợp đầu ra/ đầu vào số và tƣơng tự.
Bảng 2.1: Một số thông số cơ bản của PLC S7-1200

CPU 1211C

CPU 1212C

CPU 1214C

Kích thƣớc(mm)

90x100x75

110x100x75

Bộ nhớ Bit(M)

4096 Byte

8192 Byte

I/O tích hợp sẳn
Số

6DI/4DO

8DI/6DO

14DI/10DO

Tƣơng tự

2AI

2AI

2AI

Khả năng mở rộng các

Khơng

2

8

module tín hiệu

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

8


CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bộ nhớ ngƣời dùng
Bộ nhớ làm việc

25KB

50KB

Bộ nhớ nạp

1MB

2MB

Bộ nhớ lƣu trữ

2KB

2KB

Các module truyền thông

3 (mở rộng về bên trái)

Bộ đếm tốc độ cao:

3

4

6

Đơn pha

3 tại 100KHz

3 tại 100KHz

3 tại 100KHz

1 tại 30KHz

3 tại 30KHz

3 tại 80KHz

3 tại 80KHz

1 tại 20KHz

3 tại 20KHz

Vuông pha

3 tại 80KHz

Thẻ nhớ

Thẻ nhớ SIMETIC (dung lƣợng tùy chọn)

Các ngỏ ra xung

2

Lƣu trử đồng hồ thời gian

Thông thƣờng là 10 ngày, ít nhất 6 ngày tại 400C

thực
Tốc độ thi hành lệnh

18µs/lệnh

Tốc độ thực hiện lệnh

0.1µs/lệnh

Boolean
PROFINET
Module

1 cổng truyền thơng ETHERNET
Chỉ ngỏ vào

Chỉ ngỏ ra

Kết hợp in/out

2.2.2 Cấu trúc bộ nhớ
CPU S7-1200 cung cấp bộ nhớ với các loại vùng nhớ sau:
 Load memory: là vùng nhớ non-volatile storage đây là vùng nhớ lƣu trữ mà
dữ liệu không bị mất khi mất điện để lƣu trữ chƣơng trình ngƣời dùng, dữ
liệu và cấu hình. Khi một dự án đƣợc download xuống CPU, nó đƣợc sẽ
đƣợc lƣu trữ trong vùng nhớ này. Vùng nhớ này nằm trên thẻ nhớ hoặc
PLC. Thẻ nhớ hỗ trợ không gian lƣu trữ lớn hơn cho CPU.
 Working memory: là vùng nhớ volatile tức là vùng nhớ sẽ bị xóa khi khơng
cịn nguồn cấp cho nó nữa. Vùng nhớ này dùng để thực hiện chƣơng trình
và lƣu trữ dữ liệu khi chƣơng trình thi hành. CPU sẽ thực hiện copy một số

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

9