Nghiên cứu, thiết kế mô hình nhà tự động sử dụng bộ điều khiển plc s7 1200

Ngày nay trên thế giới với sự bùng nổ của các ngành công nghệ thông tin, điện tử vv Đã làm cho đời sống của con người ngày càng hoàn thiện. Các thiết bị tự động hóa đã ngày càng xâm lấn vào trong sản xuất và thậm chí là vào cuộc sống sinh hoạt hằng ngày của mỗi con người. Do đó một ngôi nhà tự động không còn là mơ ước của con người nữa mà nó đã trở thành hiện thực hóa. Qua báo chí, các phương tiện truyền thông, internet chúng ta có thế thấy những mô hình ngôi nhà tự động đã ra đời... Là một sinh viên khoa Điều khiển và Tự động hóa, với những kiến thức đã học cùng với mong muốn thiết kế một ngôi nhà tự động hóa đáp ứng được nhu cầu sinh hoạt hằng ngày, em đã chọn “Nghiên cứu, thiết kế mô hình nhà tự động sử dụng bộ điều khiển PLC S7 1200” làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp của mình. Trong quá trình thực hiện báo cáo của mình, em đã cố gắng hết sức để hoàn thiện một cách tốt nhất. Nhưng với kiến thức và sự hiểu biết có hạn nên sẽ không tránh khỏi những thiết sót mong các thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến cho đề tài của em có thể hoàn thiện hơn. Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy hướng dẫn Ths. Đàm Khắc Nhân đã nhiệt tình giúp đỡ em trong quá trình thực hiện thực tập thời gian qua. Nội dung đồ án gồm các chương: Chương 1: Khái quát chung về công nghệ nhà tự động Chương 2: Giới thiệu về PLC Simatic S71200 và phần mềm TIA v16 Chương 3: Thiết kế cấu trúc điều khiển Chương 4: Kết quả và hướng phát triển

LỜI MỞ ĐẦU Ngày giới với bùng nổ ngành công nghệ thông tin, điện tử vv Đã làm cho đời sống người ngày hồn thiện Các thiết bị tự động hóa ngày xâm lấn vào sản xuất chí vào sống sinh hoạt ngày người Do ngơi nhà tự động khơng cịn mơ ước người mà trở thành thực hóa Qua báo chí, phương tiện truyền thơng, internet thấy mơ hình ngơi nhà tự động đời Là sinh viên khoa Điều khiển Tự động hóa, với kiến thức học với mong muốn thiết kế nhà tự động hóa đáp ứng nhu cầu sinh hoạt ngày, em chọn “Nghiên cứu, thiết kế mơ hình nhà tự động sử dụng điều khiển PLC S7 1200” làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp Trong trình thực báo cáo mình, em cố gắng để hoàn thiện cách tốt Nhưng với kiến thức hiểu biết có hạn nên khơng tránh khỏi thiết sót mong thầy bạn đóng góp ý kiến cho đề tài em hồn thiện Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy hướng dẫn Ths Đàm Khắc Nhân nhiệt tình giúp đỡ em trình thực thực tập thời gian qua Nội dung đồ án gồm chương: - Chương 1: Khái quát chung công nghệ nhà tự động - Chương 2: Giới thiệu PLC Simatic S7-1200 phần mềm TIA v16 - Chương 3: Thiết kế cấu trúc điều khiển - Chương 4: Kết hướng phát triển MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 11 DANH MỤC BẢNG BIỂU .15 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 16 CHƯƠNG KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ NHÀ TỰ ĐỘNG 1.1 Khái niệm nhà tự động 1.2 Tổng quan nhà tự động 1.2.1 Hệ thống ánh sáng tự động 1.2.2 Hệ thống điều khiển rèm mành cửa cổng 1.2.3 Hệ thống âm đa vùng .3 1.2.4 Hệ thống an ninh, an toàn 1.2.5 Hệ thống kiểm sốt nhiệt độ mơi trường .5 1.2.6 Hệ thống tưới sân vườn tự động (phù hợp với biệt thự, nhà vườn…) 1.2.7 Kịch ngữ cảnh tự động 1.3 Các hãng sản xuất nhà tự động thị trường 1.4 Cấu tạo nguyên lí hoạt động nhà tự động 1.4.1 Cấu tạo nhà tự động .9 1.4.2 Nguyên lí hoạt động 10 1.5 Những tiện ích mà nhà tự động mang lại 11 1.6 Yêu cầu công nghệ đặt đề tài .11 1.6.1 Đặt vấn đề 11 1.6.2 Giới thiệu u cầu cơng nghệ mơ hình nhà tự động 12 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM TIA V16 14 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 14 2.2 ĐẶC ĐIỂM BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH .14 2.3 GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 15 2.3.1 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 15 2.3.2 CÁC BẢNG TÍN HIỆU 20 3.3 CÁC MODULE TÍN HIỆU 21 2.3.4 2.4 CÁC MODULE TRUYỀN THÔNG 21 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL 22 2.4.2 TẠO RA CẤU HÌNH CỦA THIẾT BỊ, THÊM MỘT THIẾT BỊ VÀO ĐỀ ÁN .24 2.4.2.1 THÊM THIẾT BỊ MỚI VÀO ĐỀ ÁN 24 2.4.2.2 NHẬN BIẾT CẤU HÌNH CỦA MỘT CPU CHƯA XÁC ĐỊNH 26 2.4.3 CẤU HÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA CPU 28 2.4.4 THÊM CÁC MODULE VÀO CẤU HÌNH 29 2.4.5 CẤU HÌNH MỘT ĐỊA CHỈ IP .31 2.4.5.1 GÁN MỘT ĐỊA CHỈ IP TRỰC TUYẾN .31 2.4.5.2 CẤU HÌNH GIAO DIỆN PROFINET 34 2.4.5.3 BẢO VỆ BẰNG MẬT KHẨU CHO CPU S7-1200 35 2.4.5.4 TẢI CHƯƠNG TRÌNH XUỐNG CPU 36 2.4.5.6 GIÁM SÁT VÀ THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH 38 2.4.6 KỸ THUẬT LẬP TRÌNH 39 2.4.6.1 VỊNG QT CHƯƠNG TRÌNH 39 3.2.2 KHỐI TỔ CHỨC OB – OGANIZATION BLOCKS .40 3.2.3 HÀM CHỨC NĂNG – FUNCTION 41 2.5 TẬP LỆNH LẬP TRÌNH 42 3.3.1 BIT LOGIC .42 3.3.2 SỬ DỤNG BỘ COUNTER 44 3.3.3 SỬ DỤNG LỆNH SO SÁNH 47 3.3.4 CÁC LỆNH ĐỊNH TỶ LỆ VÀ CHUẨN HÓA : 49 3.3.5 CÁC LỆNH ĐẾM THỜI GIAN .50 3.3.9 LỆNH TOÁN TỬ WORD LOGIC .52 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN 53 3.1 Tính tốn lựa chọn thiết bị phần cứng 53 3.1.1 Lựa chọn CPU 53 3.1.2 Cảm biến khói 55 3.1.3 Cảm biến nhiệt độ 57 3.1.4 Cảm biến quang 60 3.1.5 Cơng tắc hành trình 62 2.1.6 Động chiều giảm tốc 64 3.1.7 Bơm 12VDC 64 3.1.8 Quạt chiều 12VDC 65 3.1.9 Relay trung gian 65 3.1.10 Chọn áp tô mát .66 3.1.11 Chọn nút ấn 67 3.1.12 Sơ đồ nối dây mạch điều khiển mạch lực 68 3.2 Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển thiết bị nhà .68 3.3 Thiết kế phần mềm điều khiển .70 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 71 4.1 Mô hình thực nghiệm nhà thơng minh 71 4.2 Hướng phát triển 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO .75 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng : Thông số kỹ thuật loại CPU 18 Bảng 2 : Danh sách Modul hỗ trợ PLC 20 Bảng 3 Tập lệnh Bit logic .42 Bảng Các lệnh Counter : 45 Bảng 3.5 Các lệnh so sánh 47 Bảng Bảng liệu nhập hàm SCALE_X NORM_X 49 Bảng Kiểu liệu DTL .50 Bảng 11 Thông số lệnh Read System Time 52 Bảng 12 Các lệnh toán tử word logic 52 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Hệ thống điều khiển ánh sáng Hình 1.2 Hệ thống điều khiển rèm cửa tự động Hình 1.3 Hệ thống âm đa vùng .4 Hình 1.4 Hệ thống an ninh chống trộm Hình 1.5 Hệ thống kiểm sốt nhiệt độ môi trường Hình 1.6 Hệ thống tưới nước tự động .7 Hình 1.7 Điều khiển theo kịch thời gian thực Hình 1.8 Cấu tạo nhà tự động 10 Hình Thành phần PLC S7-1200 16 Hình 2 Các bảng tín hiệu PLC S7-1200 21 Hình Các module tín hiệu PLC S7-1200 21 Hình Các module truyền thông PLC S7-1200 22 Hình Kết cấu làm việc với TIA .23 Hình 2.6 Thêm thiết bị vào đề án kiểu Portal Project 24 Hình 2.7 Hộp thoại "Add New Device" 25 Hình 2.9 Thuộc tính cài đặt IP PLC 26 Hình 2.10 Lệnh “Hardware detection” mục “Online” 27 Hình 2.11 Cấu hình thiết bị kết nối .27 Hình 2.12 Lựa chọn thiết bị tìm thấy 28 Hình 2.13 Các mục thẻ “Properties” 28 Bảng 2.14 Kết Module vào PLC 30 Hình 17 Nhập IP PLC 33 Hình 19 Cổng Profinet PLC S7-1200 34 Hình 21 Cài đặt mật PLC 35 Hình 2.22 Tải chương trình xuống PLC 37 Hình 2.23 Hiển thị kết nối với PLC 37 Hình 2.24 Kết thúc qua trình tải xuống 38 Hình 2.25 Giám sát chương trình qua Monitor .38 Hình 2.26 Bật giám sát chương trình Monitor 39 Hình 28 Tạo khối mã TIA Portal .40 Hình 29 Chèn OB vào chương trình 41 Hình 2.30 Lệnh định tỷ lệ .49 Hình 3.1 CPU 1214 C DC/DC/DC .54 Hình 3.2 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC .55 Hình 3.3 Cấu tạo cảm biến khói dạng ion hóa 56 Hình 3.4 Cấu tạo cảm biến khói quang 57 Hình 3.5 Cấu tạo cảm biến nhiệt độ .58 Hình 3.6 Cảm biến nhiệt độ PT 100 59 Hình 3.7 Cấu tạo cảm biến quang 60 Hình 3.8 Cảm biến quang phản xạ gương .61 Hình 3.9 Sơ đồ nối dây tín hiệu cảm biến .61 Hình 3.10 Cảm biến thu phát quang 62 Hình 3.11 Cảm biến vùng Autonics-BWP20_08 62 Hình 3.12 Cơng tắc hành trình YD-012 63 Hình 3.13: Động chiều có lắp hộp số giảm tốc .64 Hình 3.14: Bơm chiều 12VDC 65 Hình 3.15: Bơm chiều 12VDC 65 Hình 3.16 MY4ZN-D2 +PYF14A 66 Hình 3.18 Attômát pha hai cực 5A 67 Hình 4.1: Mơ hình nhà tự động (nhìn từ xuống) 72 CHƯƠNG KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ NHÀ TỰ ĐỘNG 1.1 Khái niệm nhà tự động Nhà tự động hay gọi smarthome kiểu nhà lắp đặt thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hố hoàn toàn bán tự động, thay người thực thao tác quản lý, điều khiển Hệ thống điện tử giao tiếp với chủ nhân nhà thông qua bảng điện tử đặt nhà, phần mềm điện thoại di động, máy tính bảng giao diện web Trong nhà tự động, đồ dùng & thiết bị điện nhà từ phịng ngủ, phịng khách đến toilet gắn điều khiển điện tử kết nối với Internet và điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa lập trình cho thiết bị nhà hoạt động theo lịch Thêm vào đó, đồ gia dụng hiểu ngơn ngữ có khả tương tác với Hiện công nghệ nhà tự động Việt Nam phát triển mạnh mẽ, nhiều công nghệ áp dụng vào phát triển cho hệ thống nhà tự động 1.2 Tổng quan nhà tự động Một hệ thống nhà tự động gồm chức như: - Hệ thống ánh sáng tự động - Hệ thống điều khiển rèm mành, cửa cổng - Hệ thống an ninh an tồn - Hệ thống kiểm sốt mơi trường - Hệ thống giải trí âm đa vùng 1.2.1 Hệ thống ánh sáng tự động Thường ngày để điều khiển chiếu sáng nhà, bạn phải di chuyển bật tắt cơng tắc cảm ứng, Cùng với nhà tự động thiết kế nhà tự động kịch chiếu sáng thiết lập sẵn cho hoạt cảnh chi tiết, chạm bạn điều khiển khung chiếu sáng theo ý muốn Ví dụ có khách đến nhà, nhấn vào chế độ “tiếp khách” một loạt bóng đèn bật sáng lên, ngoài, cần ấn nút “đi vắng” tất khung đèn nhà tắt đồng loạt Hệ thống ánh sáng ngồi ngơi nhà chia thành nhiều khu vực, khu vực có người đèn bật sáng tự động tắt khơng có người Khơng thế, hệ thống ánh sáng tự động điều chỉnh chế độ phù hợp theo sở thích gia chủ như: tiếp khách ánh sáng chế độ rực rỡ, tất đèn sáng lên, từ đèn trần, đèn hắt, đèn chùm, đèn tranh mức độ sáng hệ đèn tự động thay đổi vào thời điểm khác Chẳng hạn vào ban ngày, ánh sáng bật tự động mức 50% độ sáng vào buổi tối hệ thống ánh sáng bật mức 100% để phù hợp với nhu cầu sinh hoạt gia chủ, đem tới tiện nghi tiết kiệm lượng Hệ thống có khả học thói quen gia chủ Ví dụ theo kịch cài đặt sẵn, ban ngày hệ thống đèn tự động tắt sau 15 phút người, ban đêm tự động tắt sau phút thời gian coi chuyển sang ban đêm 11 Tuy nhiên gia đình có thói quen sinh hoạt khác nhau, hệ thống tự động học thói quen để điều chỉnh mốc thời gian ban đêm cách tự động, phù hợp với gia chủ Hình 1.1 Hệ thống điều khiển ánh sáng 1.2.2 Hệ thống điều khiển rèm mành cửa cổng Điều khiển nhiều rèm cửa lúc: Ngoài việc điều khiển rèm chỗ thường nhật, bạn điều khiển nhiều rèm lúc với chạm Đặt lịch điều khiển Rèm tự động tự động: 5h30 sáng, rèm tự động mở đánh thức bạn ánh sáng già, cảm giác ngày tràn đầy lượng 12h00 rèm tự động đóng lại cho bạn giấc nghỉ trưa thoải mái Bạn tùy chỉnh thời gian đặt lịch đóng, mở cho nhiều rèm lúc di động tự động Điều khiển nơi đâu: Với di động sáng ý or tablet có kết nối Internet, bạn kiểm sốt khung rèm cửa nhà lúc nào, trạng thái rèm đóng hay mở đóng % hiển thị điện thoại hay máy tính bảng bạn Hình 1.2 Hệ thống điều khiển rèm cửa tự động 1.2.3 Hệ thống âm đa vùng Hệ thống âm thanh là tổ hợp bao gồm nhiều thiết bị âm thanh, đó, gồm có: Loa, Ampli hệ thống điều khiển.Âm đa vùng là hệ thống với nhiều loa ... 10 Hình Thành phần PLC S7- 1200 16 Hình 2 Các bảng tín hiệu PLC S7- 1200 21 Hình Các module tín hiệu PLC S7- 1200 21 Hình Các module truyền thông PLC S7- 1200 22 Hình Kết... sửa chữa gây khó chịu cho khách hàng 1.4 Cấu tạo nguyên lí hoạt động nhà tự động 1.4.1 Cấu tạo nhà tự động Một hệ thống nhà tự động thiết kế gồm:  Trung tâm điều khiển: não nhà, có nhiệm vụ kết... 67 Hình 4.1: Mơ hình nhà tự động (nhìn từ xuống) 72 CHƯƠNG KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ NHÀ TỰ ĐỘNG 1.1 Khái niệm nhà tự động Nhà tự động hay gọi smarthome kiểu nhà lắp đặt thiết bị