Điều khiển và giám sát lò rang nông sản qua internet dùng s7 1200

MỤC LỤC NỘI DUNG Trang PHẦN I: GIỚI THIỆU Nhiệm vụ đồ án i Lịch trình thực đồ án tốt nghiệp ii Lời cảm ơn iii Mục lục iv Liệt kê hình vẽ .vi Liệt kê bảng ix Tóm tắt x PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Nhiệm vụ giới hạn đề tài 1.4.1 Nhiệm vụ 1.4.2 Giới hạn đề tài 1.5 Tình hình nghiên cứu 1.6 Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU 2.1 Giới thiệu điều khiển lập trình 2.1.1 Tổng quan PLC S7-1200 2.1.2 Module mở rộng PLC S7-1200 2.1.3 Đèn tín hiệu PLC 2.2 Các cảm biến nhiệt độ 10 2.3 Điện trở đốt 12 2.4 Động AC 13 2.5 Giới thiệu SSR 14 2.6 Giới thiệu phần mềm tia portal 15 2.6.1 Làm việc với dự án Tia portal 15 2.6.2 Cách đổ chương trình từ máy tính xuống PLC 17 2.6.3 Các lệnh hỗ trợ lập trình Tia Portal 20 2.7 Giới thiệu webserver plc s7-1200 25 2.7.1 Các thao tác thiết lập liên quan đến webserver 25 2.7.2 Truy cập vào webserver PLC S7-1200 26 iv CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 32 3.1Thuật toán điều khiển PID 33 3.1.1 PID mắc song song 36 3.1.2 PID mắc nối tiếp 36 3.1.3 Khâu P 37 3.1.4 Khâu I 38 3.1.5 Khâu D 39 3.1.6 Tổng hợp ba khâu – Bộ điều khiển PID 40 3.1.7 Rời rạc hóa điều khiển PID 41 3.1.8 Thiết kế điều khiển PID 42 3.1.8.1 Sử dụng hàm độ đối tượng 43 3.1.8.2 Sử dụng giá trị tới hạn thu từ thực nghiệm 44 3.2 Tìm hiểu khối hàm PID_Compact TIA Portal (OB 30) 46 3.3 Cách cấu hình sử dụng PID_Compact 48 3.4 Đồ thị PID 56 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ THI CÔNG 57 4.1 Yêu cầu hệ thống 58 4.2 Sơ đồ khối hệ thống 58 4.3 Thiết kế chế tạo lò rang 59 4.4 Thiết kế hệ thống điện 61 4.4.1 Mạch động lực mạch điều khiển 61 4.4.2 Chọn lựa thiết bị 62 4.5 Thiết kế lưu đồ 63 4.6 Thiết kế giao diện web 65 4.6.1 Cách điều khiển từ trang web xuống PLC 65 4.6.2 Cách cập nhật liệu từ PLC lên trang web để giám sát 66 4.7 Cấu hình cho PLC S7-1200 70 4.8 Cấu hình modem 73 4.9 Mơ hình thi cơng 78 CHƯƠNG V: KẾT QUẢ KẾT LUẬN HƯỚNG PHÁT TRIỂN 80 5.1 Kết thực 81 5.2 Kết luận 83 5.3 Hướng phát triển đề tài 83 PHẦN III: PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 v LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Bộ điều khiển lập trình S7-1200 Hình 2.2: Module mở rộng PLC S7-1200 Hình 2.3: Board tín hiệu Hình 2.4: Module mở rộng tín hiệu vào Hình 2.5: Module truyền thơng Hình 2.6: Điện trở đốt 13 Hình 2.7: Một số động AC 14 Hình 2.8: SSR pha pha 14 Hình 2.9: Bước 15 Hình 2.10: Bước 16 Hình 2.11: Bước 16 Hình 2.12: Giao diện lập trình với Tia portal 17 Hình 2.13: Thiết lập địa IP cho PLC 18 Hình 2.14: Đặt địa IP tĩnh cho PC 18 Hình 2.15: Thao tác nạp chương trình cho PLC 19 Hình 2.16: Kết thúc trình load 19 Hình 2.17: Kích hoạt tính webserver S7-1200 26 Hình 2.18: Trang START webserver 26 Hình 2.19: Khung đăng nhập vào PLC 27 Hình 2.20: Trang start webserver 27 Hình 2.21: Giao diện trang Identification 28 Hình 2.22: Trang Diagnostic Buffer 28 Hình 2.23: Trang module information 29 Hình 2.24: Trang Communication 29 Hình 2.25: Trang Variable Status 30 Hình 2.26: Trang user pages 30 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển vịng kín 33 vi Hình 3.2: Sơ đồ khối điều khiển PID 33 Hình 3.3: Đặc tính đáp ứng đầu điều khiển 34 Hình 3.4: Cấu trúc PID mắc song song 36 Hình 3.5: Kết nối qua internet 37 Hình 3.6: Đáp ứng khâu P 38 Hình 3.7: Đáp ứng khâu I PI 39 Hình 3.8: Đáp ứng khâu D PD 40 Hình 3.9: Đáp ứng khâu P,PI PID 41 Hình 3.10: Sơ đồ khối PID 41 Hình 3.11: Xác định tham số cho mơ hình xấp xỉ bậc có trễ 43 Hình 3.12: Mơ hình điều khiển với Kgh 45 Hình 3.13: Xác định hệ số khuếch đại tới hạn 45 Hình 3.14: Khối hàm PID_Compact 46 Hình 3.15: Cấu trúc PID_Compact (OB 30) 48 Hình 3.16: Thuật điều khiển PI 48 Hình 3.17: Bước 49 Hình 3.18: Bước 49 Hình 3.19: Bước 50 Hình 3.20: Bước 51 Hình 3.21: Bước 51 Hình 3.22: Bước 52 Hình 3.23: Bước 52 Hình 3.24: Bước 53 Hình 3.25: Bước 53 Hình 3.26: Bước 10 54 Hình 3.27: Bước 11 55 Hình 3.28: Đồ thị PID 56 Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống 58 Hình 4.2: Bản vẽ 3D lị rang 60 Hình 4.3: Mạch điều khiển 61 vii Hình 4.4: Mạch động lực 62 Hình 4.5: Phương pháp cập nhật liệu truyền thống 68 Hình 4.6: Cập nhật liệu với ajax 70 Hình 4.7: Cấu hình PLC có sử dụng kết nối router 71 Hình 4.8: Cách nạp file HTML cho PLC 72 Hình 4.9: Gọi hàm WWW 73 Hình 4.10: Đăng nhập vào trang quản lý modem 73 Hình 4.11: Mở port cho PLC 74 Hình 4.12: Kết 75 Hình 4.13: Cài đặt tên miền modem 75 Hình 4.14: Cài đặt DMZ 76 Hình 4.15: Kiểm tra việc cấu hình 77 Hình 4.16: Mơ hình lị nhiệt 78 Hình 4.16: Mơ hình tủ điện 79 Hình 5.1: Trang giới thiệu 81 Hình 5.2: Trang điều khiển giám sát 82 viii LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Đặc điểm loại cảm biến nhiệt .11 Bảng 3.1: Ảnh hưởng thành phần Kp, Ki, Kd hệ kín 34 Bảng 3.2: Tính tốn thơng số điều khiển .44 Bảng 3.3: Thông số điều khiển theo thực nghiệm 45 Bảng 3.4: Tham biến hình thức vào khối PID (OB 30) 47 ix TÓM TẮT Đề tài đề xuất phương pháp dùng thuật toán PID để điều khiển ổn định nhiệt độ lị rang nơng sản.Khi nhiệt độ đạt đến mức đặt trước thuật tốn PID tác động vào SSR để nhiệt độ giảm xuống thấp tăng nhiệt độ lên.Khi cấp điện cho tồn hệ thống động quay để rang cà phê thông qua việc điều khiển giao diện web động quay mức nhiệt độ làm chín cà phê làm cho thuật tốn PID khơng đúng.Khi nhiệt độ lên mà không ổn định được.Sử dụng ngôn ngữ HTML để thiết kế trang giới thiệu đồ án tốt nghiệp ngôn ngữ Javascript để cập nhật trạng thái thông số lên webserver.Dùng internet để giám sát toàn hoạt động hệ thống lị rang nơng sản nhiệt độ lò rang x PHẦN II NỘI DUNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I DẪN NHẬP CHƯƠNG I: DẪN NHẬP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.1 Đặt vấn đề Ngày nay, với phát triển khoa học công nghệ, với ứng dụng mạnh mẽ khoa học kĩ thuật vào sản xuất đời sống, từ chất lượng hiệu sản xuất nâng cao Trong đó, tự động hóa dây chuyền sản xuất điều thiếu công phát triển Cùng với cơng đời PLC (Programable Logic Control) – đánh dấu bước tiến quan trọng lĩnh vực tự động hoá PLC đáp ứng yêu cầu đặt cách tốt như: Khả lập trình đơn giản, dễ chỉnh sửa, độ tin cậy cao… độ xác mà đơi người khơng thể chủ động Đi kèm với đời phát triển mạnh mẽ chuẩn giao tiếp PLC với PLC, với máy tính điều khiển thiết bị chấp hành cần thiết trình điều khiển Việc nghiên cứu ứng dụng vấn đề vào thực tế sống điều cần thiết vai trị làm chủ cơng nghệ Vấn đề đặt nhà máy đặt nơi khó lại, nguy hiểm, nhà máy xảy cố nghiêm trọng cần có chuyên gia đến xử lý, trình thường kéo dài gây thiệt hại kinh tế Để giảm đến mức tối thiểu cố làm ngưng trệ việc sản xuất, hệ thống giám sát điều khiển có chức chỗ, vừa có chức giám sát qua mạng Internet dựa thông tin ghi nhận máy tính hữu ích 1.2 Lý chọn đề tài Như biết, nguồn nhiệt cần thiết người Ngày xưa người biết sử dụng nguồn nhiệt (chủ yếu lửa) để sưởi ấm nấu chín thức ăn Ngày nay, nguồn nhiệt ngày trở nên thiếu đời sống sinh hoạt lao động sản xuất.Ngày có nhiều ứng dụng thực tiễn có liên quan đến việc sử dụng nguồn nhiệt như:Nấu chín thức ăn,sưởi ấm sinh hoạt, sấy hấp sản phẩm công nghiệp, nung, luyện kim loại nặng cơng nghiệp, kích thích phần tử sinh học phịng thí nghiệm… Hầu hết nhà máy, xí nghiệp có hệ thống nhiệt để phục vụ cho q trình sản xuất, có yêu cầu đòi hỏi nhiêt độ ổn định điểm, có ứng dụng yêu cầu nhiệt độ thay đổi khoảng nhiệt định đó, đăc biệt vấn đề an tồn lao động CHƯƠNG I: DẪN NHẬP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ở mục Properties Trong phần IP protocol -> Set IP address in the project -> IP address: 192.168.0.1 -> Subnet mask: 255.255.255 Hình 4.7: Cấu hình PLC có sử dụng kết nối router Với IP Address ta thiết lập địa cho PLC lớp mạng với router địa router 192.168.1.1 nên đặt cho PLC địa 192.168.1.119 (có thể thay số 119 thành số khác) Subnet mask: 255.255.255.0 Tích vào use router nhập địa router vào, 192.168.1.1 (hình 4.7) Bước 2: Sau tạo file html ta tiến hành nạp vào cho PLC sau Trong phần Webserver ta tiến hành kích hoạt tính Webserver sau tìm đến mục User-Defined Web page tiến hành chèn file html vào chương trình CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ THI CƠNG 71 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.8: Cách nạp file HTML cho PLC Hình 4.8 mơ tả bước nạp file html vào PLC cụ thể sau: - Ở mục HTML directory ta chọn đường dẫn đến thư mục chứa file HTML - Ở mục default HTML page ta chọn file HTML thư mục dẫn trước - Sau nhấn vào nút Generate blocks để Tia Portal tiến hành đóng gói liệu web thành datablock Cần ý đến giá trị mục Web DB number để khai báo sử dụng hàm WWW sau Bước 3: Gọi khối hàm www chương trình Hình 4.9 mơ tả việc gọi khối lệnh WWW PLC S7-1200 Đây lệnh để ta sử dụng tính Webserver PLC S7-1200 Cuối viết chương trình phục vụ cho việc điều khiển giám sát CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ THI CƠNG 72 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.9: Gọi hàm WWW Bước 4: Sau hoàn tất load chương trình xuống PLC 4.8 Cấu hình modem Trong phần nhóm trình bày cách cấu hình cho modem bước quan trọng định việc kết nối với hệ thống Internet có thành cơng hay khơng Việc cấu hình thực modem Gpon FPT, với modem khác thực tương tự Trước tiên cần phải biết địa IP modem, thông thường 192.168.1.1, sau mở trình duyệt lên nhập địa IP vào, điền tên mật để truy cập vào trang quản lý modem ( hình 4.10) Hình 4.10: Đăng nhập vào trang quản lý modem Bước 1: Cấu hình Port Forward modem CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ THI CÔNG 73 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Vào “Application” sau chọn “Port Forwarding” Tại ta tiến hành cấu hình port cho Modem để truy cập vào PLC, với Webserver PLC chạy port 80 Do tiến hành cấu hình cho modem Hình 4.11: Mở port cho PLC Hình 4.11 mơ tả việc cấu hình mở port cho PLC, ta tiến hành sau: - Với WAN Port, LAN port ta điền nhau, với PLC ta điền 80 - LAN IP Address địa IP PLC (vd:192.168.1.119) - Mục protocol ta chọn TCP - Tích vào mục Enable Mapping sau nhấn vào “Add” để thêm vào danh sách CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ THI CƠNG 74 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.12: Kết Hình 4.12 mơ tả kết việc mở port hình ta có port mở port 80, 82 port 34567 Bước 2: Nhập tên miền modem Trong Application chọn vào mục DDNS điền đầy đủ thông tin tên miền đăng ký Hình 4.13: Cài đặt tên miền modem Hình 4.13 mơ tả việc cài đặt tên miền modem ta tiến hành sau: - Tích vào mục “Enable DDNS” - ISP chọn nhà cung cấp tên miền, chọn Noip CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ THI CÔNG 75 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Domain Name ta điền tên miền đăng ký vào - Username: tên đăng ký Noip - Password: điền mật đăng ký Noip - Nhấn save để lưu lại thông tin Bước 3: Cấu hình DMZ Hình 4.14 mơ tả việc cài đặt DMZ ta tiến hành sau: - Ở mục Security chọn DMZ and ALG - Tiếp theo ta chọn mục Enable DMZ - Ở mục DMZ IP Address ta nhập địa IP PLC vào (ở địa IP PLC 192.168.1.119) - Sau ta tiến hành Save DMZ Hình 4.14: Cài đặt DMZ Bước 4: Kiểm tra kết cấu hình Để biết việc mở port cho PLC thành công hay chưa, ta tiến hành dùng sợi cáp kết nối trực tiếp modem với PLC với đầu ghi camera, sau ta vào trang địa http://ping.eu/port-chk/ Internet để kiểm tra kết CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ THI CÔNG 76 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.15: Kiểm tra việc cấu hình Hình 4.15 mơ tả việc kiểm tra xem port mở hay chưa, ta tiến hành hình Nhập thơng tin vào ơ: - IP address or host name: điền địa IP Internet tên miền đăng ký vào - Port number: điền số port cần mở Sau nhấn vào “Go” để kiểm tra, xuất chữ “open” bên thành cơng, chữ “close” kiểm tra lại việc cấu hình modem Với kết trả open hồn tất việc cấu hình cho hệ thống truy cập vào hệ thống máy tính từ bên ngồi để thực việc điều khiển giám sát thiết bị dùng PLC việc giám sát hình ảnh camera nơi có kết nối Internet CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ THI CÔNG 77 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.9 Mơ hình thi cơng Hình 4.16: Mơ hình lị nhiệt CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ THI CƠNG 78 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.17: Mơ hình tủ điện CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ THI CÔNG 79 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG V KẾT QUẢ KẾT LUẬN HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI CHƯƠNG V:KẾT QUẢ - KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN 80 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5.1 Kết thực Sau trình thực đề tài “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LỊ RANG NƠNG SẢN QUA INTERNET SỬ DỤNG PLC S7-1200” nhóm thực nội dung sau: - Tìm hiểu PLC S7-1200 phần mềm Tiaportal,khối PID(OB 30) - Thiết kế mơ hình lị rang nơng sản - Tìm hiểu phương thức kết nối giao tiếp PLC S7-1200 với máy tính - Sử dụng PLC S7-1200 Siemen viết chương trình điều khiển thành cơng dùng thuật tốn PID để điều khiển nhiệt độ lị rang nơng sản - Kết nối thành công PLC S7-1200 với hệ thống Internet - Thiết kế trang web bản, phục vụ cho việc điều khiển giám sát internet điều khiển thành công PLC Internet qua trình duyệt - Giám sát thành cơng thiết bị, cập nhật thay đổi trạng thái cách nhanh chóng, khơng cần refresh trang web  Kết kết nối điều khiển PLC qua Internet: a) Trang giới thiệu Hình 5.1: Trang giới thiệu CHƯƠNG V:KẾT QUẢ - KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN 81 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 5.1 trang giới thiệu, trang thiết kế trang bìa đồ án gồm thông tin trường, khoa, ngành, tên đề tài thông tin giáo viên hướng dẫn người thực đưa vào phần trung tâm trang, phía logo trường thơng tin trường, bên trái hình ảnh PLC S71200, bên hình ảnh PLC có dịng chữ “TRANG ĐIỀU KHIỂN” nhấn vào dịng chữ đưa đến trang giao diện điều khiển giám sát thiết bị hình 5.2 b) Trang điều khiển giám sát Hình 5.2: Trang điều khiển giám sát Hình 5.2 mơ tả trang điều khiển giám sát thiết bị, tích hợp webserver PLC, từ thực thao tác cài đặt giá trị,khởi động,dừng nhận biết trạng thái hoạt động thiết bị cách nhanh chóng tiện lợi CHƯƠNG V:KẾT QUẢ - KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN 82 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cụ thể trang gồm phần sau: Bảng điều khiển:gồm nút start,stop để đóng mở động lị nhiệt,giá trị đặt - dùng để cài đặt giá trị nhiệt độ Bảng hiển thị:bao gồm thông số nhiệt độ đo lò,sai số đồ - thị PID 5.2 Kết luận Trong thời gian cho phép nhóm thực yêu cầu mà đề tài đặt Đã kết nối PLC qua hệ thống Internet, biết cách thiết kế trang web phục vụ cho việc điều khiển giám sát thiết bị điều khiển PLC qua Internet Tuy nhiên q trình thực cịn hạn chế sau: - Mơ hình thiết bị điều khiển mức độ đơn giản - Quá trình điều khiển giám sát bị ảnh hưởng chất lượng đường truyền Internet, với ứng dụng đòi hỏi khả điều khiển nhanh độ xác cao chưa đáp ứng Như với thực đề tài đạt yêu cầu đặt ra, triển khai thực cho ứng dụng điều khiển khơng cần đáp ứng nhanh xác cao 5.3 Hướng phát triển đề tài Sau thực đề tài với thiếu sót q trình thực để hồn thiện cần phát triển thêm số vấn đề sau: - Thiết kế điều khiển giám sát thiết bị kết hợp với phần cứng phức tạp - Nâng cao kỹ lập trình web để đáp ứng việc điều khiển cách nhanh chóng, giảm thiểu thời gian trễ trình điều khiển - Điều khiển PLC nơi khơng có đường kết nối ADSL CHƯƠNG V:KẾT QUẢ - KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN 83 PHẦN III PHỤ LỤC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo [1] Siemens, “S7_1200_system_manual_en-US” [2] Huỳnh Lê Hoài – Lương Tú Sơn “ĐIỀU KHIỂN PLC S7-1200 BẰNG WEBSERVER” Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, 2/2014 [3] Nguyễn Minh Khoa, Võ Văn Thịnh”ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VƯỜN LAN QUA WEBSERVER” Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, 7/2014 [4] Châu Vĩnh Lợi , Basic of ajax on webserver S7-1200 [5] Châu Vĩnh Lợi , HTML AWP [6] Nguyễn Thị Phương Hà,Huỳnh Thái Hoàng,Lý thuyết điều khiển tự động, TP.HCM,Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh Website tham khảo http://plcvietnam.com.vn/ http://www.webdien.com/ https://support.industry.siemens.com NỘI DUNG ĐÍNH KÈM (CD) Nội dung bao gồm: Nội dung:  Trình bày  Tài liệu tham khảo Mã nguồn:  Chương trình lập trình PLC  Phần Mềm (bao gồm phần mềm hỗ trợ,video hướng dẫn) Sơ đồ mạch:  Sơ đồ mạch động lực – điều khiển  Hình ảnh thực tế mơ hình PHẦN III:PHỤ LỤC 84 ... “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LỊ RANG NƠNG SẢN QUA INTERNET DÙNG PLC S71 200” 1.3 Mục tiêu đề tài Trong giới hạn đề tài,nhóm chúng em tập trung nghiên cứu PLC S7- 1200, thuật toán hàm điều khiển PID ,điều. .. phân), xây dựng thêm điều khiển khác điều khiển P, điều khiển PI, điều khiển PD, tùy vào đối tượng tác động cụ thể mà ta sử dụng điều khiển cho thích hợp nghiên cứu sâu điều khiển PID Bảng 3.1:... kết nối điều khiển qua Internet vấn đề khép kín, chưa có chia sẻ cụ thể nói đến điều 1.6 Ý nghĩa thực tiễn Đề tài áp dụng vào thực tế điều khiển giám sát nhiệt độ với ứng dụng như :điều khiển nhiệt