Ứng dụng LabVIEW và Siemens LOGO! điều khiển và giám sát thiết bị điện trong phòng học thông qua mạng LAN

Bài viết Ứng dụng LabVIEW và Siemens LOGO! điều khiển và giám sát thiết bị điện trong phòng học thông qua mạng LAN trình bày ứng dụng LabVIEW và Siemens LOGO! điều khiển và giám sát thiết bị điện trong phòng học thông qua mạng LAN. Hệ thống gồm: Tủ điện thiết bị điều khiển khả trình (PLC), các thiết bị (đèn, quạt, âm ly, máy chiếu, cảm biến, camera…), máy tính chạy chương trình LabVIEW điều khiển.

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 10(71).2013 ỨNG DỤNG LABVIEW VÀ SIEMENS LOGO! ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG PHÒNG HỌC THÔNG QUA MẠNG LAN USING LABVIEW AND SIEMENS LOGO! TO CONTROL AND SUPERVISE ELECTRIC EQUIPMENT IN THE CLASSROOM BY LAN NETWORK Trần Hồng Văn, Nguyễn Kim Đăng, Nguyễn Duy Phú Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Email: trahova@gmail.com TÓM TẮT Trong thời đại ngày nay, giáo dục vấn đề quan tâm hàng đầu tất quốc gia Chính vậy, mơi trường giảng dạy góp phần ảnh hưởng trực tiếp đến việc tiếp thu kiến thức người học, cụ thể phịng học Xuất phát từ nhu cầu đó, chúng tơi định thiết kế hệ thống giúp việc điều khiển giám sát thiết bị cách tự động hỗ trợ cho giảng viên, người học cách tốt Bài báo này, trình bày ứng dụng LabVIEW Siemens LOGO! điều khiển giám sát thiết bị điện phịng học thơng qua mạng LAN Hệ thống gồm: tủ điện thiết bị điều khiển khả trình (PLC), thiết bị (đèn, quạt, âm ly, máy chiếu, cảm biến, camera…), máy tính chạy chương trình LabVIEW điều khiển Từ khóa: LabVIEW; Siemens LOGO!; mạng LAN; OPC Server; LOGO! 0BA7 ABSTRACT In recent years, education has been the number one priority issue in the world Therefore, the education environment will directly affect knowledge absorption Specifically, the classroom is one of the most important factors in the education environment From this need, we decide to design a system that can help control and monitor equipment automatically and support lecturers and students in the best way This paper presents the use of LabVIEW and Siemens LOGO! to control and supervise electric equipment in the classroom by LAN network The system includes: programmable logic controller (PLC) cabinet, equipment (lamp, fan, amplifier, projector, sensor, camera), and computer on which the LabVIEW software is installed Keywords: LabVIEW; Siemens LOGO!; LAN network; OPC Server; LOGO! 0BA7 Đặt vấn đề 1.1 Một số đề tài điều khiển giám sát sử dụng PLC Siemens LabVIEW 1.1.1 Đề tài “LOGO! PLC driver based on LabVIEW” 1.1.2 Đề tài “Versatile Communication Solution for PLC Based Control Systems” Tác giả: Aurel Gontean, Marius Otesteanu Sandra rugină, Georgiana Sârbu-Doagă, Đại học Timisoara, Romania Tác giả: Carlos Calderon Cordova, Đại học Técnica Particular de Loja, Tây Ban Nha Hình Sơ đồ hệ thống Hình Sơ đồ hệ thống Hệ thống sử dụng phương thức giao tiếp LOGO! LabVIEW theo chuẩn RS232, thích hợp cho kết nối phạm vi gần Để điều khiển nhiều LOGO! cần phải có nhiều trạm máy chủ tương ứng Có thể ứng dụng cho thí nghiệm Sử dụng phương thức giao tiếp PLC S7-200 LabVIEW theo chuẩn RS485 Hệ thống thu thập liệu từ cảm biến thông qua PLC S7-200 mô phần mềm LabVIEW 173 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 10(71).2013 1.2 Vấn đề đặt Mục đích ứng dụng điều khiển, giám sát thiết bị điện phòng học nhằm hỗ trợ việc quản lý lớp học cách hiệu quả, tiết kiệm lượng thời gian Ngồi ra, hệ thống cảnh báo có người vào lớp học trái phép (lớp khơng có học) Ứng dụng sử dụng LOGO!0BA7[1] để điều khiển thiết bị điện sử dụng phần mềm LabVIEW để thiết kế giao diện điều khiển, giám sát LOGO!0BA7 dòng LOGO! hãng SIEMENS, có chức truyền thơng qua mạng Ethernet, việc đọc/nạp chương trình hay việc truyền nhận liệu điều thực qua mạng LAN (Local Area Network) Nhưng nay, công cụ OPC SERVER LabVIEW không hỗ trợ giao tiếp với LOGO!0BA7 thông qua Ethernet Bên cạnh đó, ứng dụng điều khiển giám sát nhiều phòng đòi hỏi phải giao tiếp nhiều LOGO!0BA7 giao diện chương trình phải thân thiện với người dùng trung gian OPC SERVER LOGO! 0BA7 (OPC) (Hình 3) OPC giúp việc truyền nhận liệu với nhiều phịng thơng qua CSDL, tạo linh hoạt việc quản lý tồn hệ thống phịng học Hình Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển giám sát phòng học 3.1 Phương pháp điều khiển Giải vấn đề Sử dụng VisuaBasic.Net để viết chương trình OPC giao tiếp LabVIEW LOGO!0BA7, tất liệu truyền nhận lưu trữ sở liệu Microsoft Access 2007 (viết tắt CSDL) CSDL giúp cho việc quản lý nhiều phòng học dễ dàng Bên cạnh đó, giao diện điều khiển giám sát thiết kế với hình ảnh trực quan tương ứng với thiết bị điện phịng, đồng thời có camera đặt phịng học để giám sát tồn phòng học Nội dung Hệ thống sử dụng PLC có độ ổn định cao, dễ sử dụng, thay đổi chương trình nên hệ thống linh hoạt, tích hợp nhiều chức Chính ưu điểm đó, PLC lựa chọn cho ứng dụng Với 0BA7 thích hợp cho ứng dụng nhỏ, có giá thành thấp, kết nối mạng LAN giúp cho việc kết nối với máy tính cách dễ dàng Mỗi phịng học (ROOM) sử dụng 0BA7 điều khiển thiết bị, 0BA7 kết nối với mạng LAN điều khiển phần mềm LabVIEW cài đặt máy tính (PC – Personal Computer), thơng qua phần mềm 174 Hình Phương pháp điều khiển Phương pháp điều khiển mơ tả hình Tín hiệu hiển thị/điều khiển giao diện LabVIEW đọc/ghi từ CSDL CSDL phần mềm OPC đọc/ghi, sau truyền/nhận với 0BA7 thơng qua mạng LAN Khi 0BA7 tiến hành xử lý để điều khiển thiết bị, đồng thời gửi liệu trở lại OPC “Button Panel” dùng để điều khiển thiết bị cần điều khiển trực tiếp phòng, có cho phép từ giao diện LabVIEW 3.2 Nguyên lý làm việc OPC SERVER LOGO! 0BA7 Trong công trình nghiên cứu chúng tơi sử dụng tiêu chuẩn OPC Data Access OPC viết tắt từ OLE (Object Linking and Embedding) for Process Control, với đặc điểm TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 10(71).2013 kỹ thuật phổ biến đọc ghi liệu thời gian thực OPC giao tiếp với thiết bị CSDL, làm đơn giản hố q trình điều khiển Ngun lý làm việc phần mềm OPC thể hình OPC viết Visual Basic.Net với thư viện mã nguồn mở Libnodave [2] Thư viện Libnodave cung cấp chức cần thiết để kết nối trao đổi liệu với PLC Siemens Libnodave cung cấp thư viện chuẩn sử dụng với ngơn ngữ lập trình C, Visual Studio.Net Giao diện OPC (Hình 5) viết phần mềm Visual Studio 2010, sử dụng ngôn ngữ Visual Basic Phần mềm đọc ghi thông số từ 0BA7 vào CSDL Có vấn đề lớn thư viện ban đầu viết chưa có sản phẩm 0BA7 Tuy nhiên qua trình nghiên cứu thấy sử dụng hàm daveConnection với đối số: rack=1, slot=0 giao tiếp với 0BA7 Dưới ví dụ để mở kết nối giao tiếp, đọc ghi liệu vào nhớ 0BA7 Hình Giao diện OPC CSDL dùng giao tiếp LabVIEW phần mềm OPC biểu diễn Bảng Bảng Cơ sở liệu Thông số Mô tả IP-ROOM IP LOGO! phòng IP-Camera IP Camera phòng Connection Trạng thái kết nối không kết nối Error Lỗi truyền nhận liệu RX Nhận liệu TX Truyền liệu QB0 Ngõ MB1 Cờ IB1 Ngõ vào VB0 Ngõ vào giao tiếp mạng VB1 Ngõ vào giao tiếp mạng VB2 Ngõ vào giao tiếp mạng MB0 Cờ Hình Lưu đồ OPC SERVER LOGO! 0BA7 Trước tiên kiểm tra kết nối với 0BA7 phòng Ghi biến “connect” “error” vào CSDL phòng tương ứng Sau kiểm tra kết nối tất phịng bắt đầu xử lý liệu phòng Đầu tiên kiểm tra biến RX(i) error(i):  Nếu RX(i) = error(i) = đọc CSDL truyền liệu xuống 0BA7 Sau gán RX(i) = ghi vào CSDL chuyển sang xử lý liệu phòng 175 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 10(71).2013  Nếu RX(i) = error(i) = đọc liệu từ 0BA7, so sánh liệu có thay đổi ghi liệu biến TX(i) = vào CSDL chuyển sang xử lý liệu phòng  Nếu error(i) = khơng có thay đổi liệu kiểm tra phịng 3.3 Giao diện điều khiển giám sát LabVIEW môi trường ngôn ngữ đồ họa hiệu việc giao tiếp đa kênh người, thuật toán thiết bị [3] LabVIEW có khả giao tiếp với CSDL, đồng thời tạo giao diện người dùng với hình ảnh đồ họa trực quan, thích hợp cho thiết kế giao diện điều khiển giám sát (Hình 7) Hình Khối hiển thị Hình Giao diện điều khiển Giao diện điều khiển hình có hai chế độ: chế độ điều khiển chế độ giám sát Ứng với phòng có địa IP (Internet Protocol) 0BA7 IP camera riêng Hình 8: Trạng thái 176 Ở trạng thái 1, chương trình bắt đầu nút cho phép điều khiển giao diện ENABLE CTRL = False Đồng thời, chương trình đọc liệu từ CSDL LOGO!.accdb, sau hiển thị trạng thái thiết bị CSDL lên giao diện, gán trạng thái nút điều khiển BUTTON PANEL (VB0, VB1 VB2) vào biến cục nút điều khiển giao diện (LV Button) Bên cạnh kiểm tra bit Conect; bit Connect = chương trình yêu cầu kết nối với 0BA7, OPC LOGO!0BA7.exe mở chọn kết nối với 0BA7; bit Connect = chương trình khơng lên u cầu kết nối Với trạng thái 2, nhấn vào nút ENABLE CTRL ENABLE CTRL = True, nút chọn chế độ giám sát hay điều khiển SUPERVISE /CONTROL = False (tức chế độ điều khiển) bật tắt thiết bị phòng học từ giao diện điều khiển máy tính, khơng thể bật tắt từ bảng điều khiển đặt phòng Khi điều khiển máy tính liệu so sánh với liệu cũ CSDL (cụm lệnh so sánh Compare difference), có thay đổi thực trình cập nhật liệu vào CSDL Trong hình khơng có thay đổi liệu nên khơng xuất lệnh cập nhật TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 10(71).2013 bật tắt thiết bị bảng điều khiển đặt phòng Trong hình có thay đổi liệu có nút nhấn nên xuất lệnh cập nhật liệu (Cụm lệnh Update database) Việc xử lý điều khiển giao diện máy tính thể cụ thể Hình 12 Hình 10 Trạng thái Hình 11 Trạng thái Trạng thái 3, chuyển sang chế độ giám sát SUPERVISE/ CONTROL = True Ở trạng thái Hình 12 Lưu đồ giao diện điều khiển 3.4 Tủ điện điều khiển Trong báo chúng tơi điều 177 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 10(71).2013 khiển số thiết bị phòng học với sơ đồ kết nối với 0BA7 hình 13 tủ điều khiển hồn chỉnh hình 14 Hình 15 Khai báo thông số giao tiếp mạng Kết luận Hình 13 Sơ đồ kết nối 0BA7 Hình 14 Tủ điện điều khiển Để 0BA7 giao tiếp qua mạng cần phải khai báo qua thuộc tính Connection thơng qua phần mềm LOGO!Soft Comfort hình 16 Cần ý thông số TSAP:02.00 TSAP:01.00 hai thông số để sử dụng thư viện Libnodave lập trình giao tiếp với 0BA7 Bài báo trình bày kết ứng dụng thành công lần hệ thống điều khiển giám sát thiết bị điện phịng học thơng qua mạng LAN cách ứng dụng LabVIEW Siemens LOGO! Xây dựng phương pháp giao tiếp Siemens LOGO! Và LabVIEW Hệ thống mang lại số kết sau:  Giáo viên tiết kiệm khoảng thời gian đầu cuối tiết học để bật tắt thiết bị  Thông qua hệ thống cho phép không cho phép giáo viên sử dụng số trang thiết bị phòng học, việc tùy thuộc nhu cầu sử dụng trang thiết bị dạy học môn học  Giao diện phần mềm LabVIEW dễ sử dụng trực quan nên việc điều khiển quan sát trở nên đơn giản, có thiết bi hư hỏng dễ dàng phát sửa chữa kịp thời  Giúp cảnh báo sớm có người vào phịng học trái phép khơng có lớp học  Tiết kiệm chi phí chi trả cho nhân viên quản lý thiết bị, đồng thời thiết bị sử dụng hệ thống có giá thành rẻ đầu tư lần  Tránh cắp thiết bị, bảo vệ an toàn hệ thống điện, tăng tuổi thọ thiết bị, tiết kiệm điện sử dụng  Hệ thống mơ hình dạy học hiệu chuyên đề điều khiển & giám sát thông qua mạng LAN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] Manual Siemens LOGO! http://libnodave.sourceforge.net/ - ngày 16/04/2013 TS Nguyễn Bá Hải, Lập trình LabVIEW, Tủ sách học để làm, 2010 National Instruments Corporation, LabVIEW User Manual, April 2003 Edition (BBT nhận bài: 19/06/2013, phản biện xong: 29/07/2013) 178 ... người vào lớp học trái phép (lớp khơng có học) Ứng dụng sử dụng LOGO!0 BA7[1] để điều khiển thiết bị điện sử dụng phần mềm LabVIEW để thiết kế giao diện điều khiển, giám sát LOGO!0 BA7 dòng LOGO!. .. thành công lần hệ thống điều khiển giám sát thiết bị điện phịng học thơng qua mạng LAN cách ứng dụng LabVIEW Siemens LOGO! Xây dựng phương pháp giao tiếp Siemens LOGO! Và LabVIEW Hệ thống mang... nhiều phòng học dễ dàng Bên cạnh đó, giao diện điều khiển giám sát thiết kế với hình ảnh trực quan tương ứng với thiết bị điện phịng, đồng thời có camera đặt phịng học để giám sát tồn phòng học