Hệ thống điều khiển thiết bị qua webserver

ỦY BAN NHÂN DÂN TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC oOo— NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2021-2022 Tên đề tài: Mã số: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER MỤC LỤC A DANH MỤC BẢNG BIỂU……… B DANH MỤC HÌNH ẢNH C NỘI DUNG LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài .6 Mục đích nghiên cứu .6 Đối tượng khách thể nghiên cứu Giả thuyết nghiên cứu .6 Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu 7 Phạm vi ảnh hưởng CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC S7-1200 1.1 Tổng quan PLC S7-1200 1.2 Tập lệnh PLC S7-1200 CHƯƠNG : THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER .24 2.1 Các thông số mơ hình 24 2.2 Danh mục thiết bị, vật tư thực mơ hình 26 CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER 32 3.1 Giới thiệu webserver .32 3.2 Lập trình PLC S7-1200 hệ thống điều khiển thiết bị qua webserver 37 3.3 Xây dựng giao diện giám sát thiết bị qua webserver 42 Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER 3.4 Bài tập ứng dụng………………………………………………………46 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 48 D 4.1 Kết luận 48 4.2 Đề xuất 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER A DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Danh mục thiết bị, vật tư thực mơ hình Bảng 3.1: Xác định ngõ vào Bảng 3.2: Xác định ngõ Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER B DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Cấu tạo điều khiển CPU S7 – 1200 Hình 1.2: Mối quan hệ mức tín hiệu giá trị thực Hình 1.3: Đồ thị biểu diễn hoạt động lệnh NORMX Hình 1.4: Đồ thị biểu diễn hoạt động lệnh SCALE_X Hình 2.1: Bản vẽ kích thước tủ điện mơ hình điều khiển nhiệt độ Hình 2.2: Mơ hình điều khiển nhiệt độ Hình 2.3: Sơ đồ dây ngõ vào mơ hình điều khiển nhiệt độ Hình 2.4: Sơ đồ dây ngõ mơ hình điều khiển nhiệt độ Hình 2.5: PLC S7-1200 CPU 1215C AC/DC/RLY Hình 2.6: Các loại cảm biến nhiệt Hình 3.1 Sơ đồ kết nối PLC Hình 3.2 Giao diện giám sát hệ thống điều khiển thiết bị qua webserver Hình 4.1: Mơ hình hệ thống điều khiển thiết bị qua webserver Hình 4.2: Giao diện giám sát hệ thống điều khiển thiết bị qua webserver Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER C NỘI DUNG Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Các hệ thống điều khiển điện công nghiệp chuyển dần từ việc sử dụng relay để đóng ngắt mạch truyền thống sang dùng điều khiển lập trình (PLC) Với ưu điểm gọn nhẹ, dễ bảo quản, sửa chữa, ngơn ngữ lập trình dễ học, độ tin cậy cao, đồng thời giao tiếp với thiết bị thơng minh khác như: máy tính, mơ đun mở rộng, mạng internet , điều khiển lập trình ngày nhiều người sử dụng chương trình giảng dạy PLC mơ hình giảng dạy PLC cịn hạn chế, nhiên nhu cầu cơng ty, xí nghiệp ln cải tiến cập nhật công nghệ Cho nên việc nghiên cứu hệ thống điều khiển thiết bị qua webserver đưa vào giảng dạy thực tế cần phải làm - Lý chọn đề tài: + Tính thời đề tài: Ứng dụng máy móc sản xuất cơng nghiệp + Tính cấp thiết đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, nâng cao chất lượng đào tạo Hiện môn Điện cơng nghiệp có nhiều thực tập PLC việc nghiên cứu hệ thống điều khiển thiết bị qua webserver hạn chế Để giải vấn đề trên, người thực nghiên cứu “HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER” nhằm giải nhu cầu học tập sinh viên, đồng thời phục vụ cho trình thực tập nâng cao, nghiên cứu sinh viên nghiên cứu giảng viên Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu phần cứng PLC S7-1200; - Nghiên cứu cách lập trình cho PLC S7-1200; - Nghiên cứu hệ thống điều khiển thiết bị qua webserver; - Nghiên cứu cảm biến nhiệt độ; - Nghiên cứu sử dụng webserver PLC S7-1200 để điều khiển giám sát nhiệt độ; - Thi công mơ hình Đối tượng khách thể nghiên cứu - PLC S7-1200 - Cảm biến nhiệt độ Giả thuyết nghiên cứu - Mơ hình PLC S7-1200 điều khiển giám sát nhiệt độ Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER Nhiệm vụ nghiên cứu - Giới thiệu chung điều khiển lập trình PLC S7-1200 - Thiết kế thi cơng mơ hình điều khiển giám sát nhiệt độ - Lập trình điều khiển giám sát nhiệt độ Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết - Thi cơng mơ hình Phạm vi ảnh hưởng Sử dụng PLC S7-1200 điều khiển giám sát nhiệt độ làm ví dụ cho việc giảng dạy mơn Điều khiển lập trình PLC học phần thuộc chương trình đào tạo chuyển giao từ CHLB Đức Làm tài liệu cho sinh viên nghiên cứu tiếp cận công nghệ việc triển khai thực đề tài cần thiết Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC S7-1200 1.1 Tổng quan PLC S7-1200 Bộ điều khiển PLC S7-1200 sử dụng với linh động khả mở rộng phù hợp cho ứng dụng hệ thống tự động hóa nhỏ vừa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, cấu hình linh động, hỗ trợ mạnh mẽ tập lệnh làm cho điều khiển PLC S7-1200 trở thành giải pháp hoàn hảo việc điều khiển, chọn lựa phù hợp nhiều ứng dụng khác CPU PLC S7-1200 kết hợp với vi xử lý, nguồn tích hợp, tín hiệu vào/ra, thiết kế tích hợp cổng Profinet, đếm/ phát xung tốc độ cao tích hợp thân, điều khiển vị trí (motion control), ngõ vào tương tự (analog) làm cho PLC S7-1200 trở thành điều khiển nhỏ gọn đầy mạnh mẽ Sau tải chương trình xuống CPU lưu giữ logoic cần thiết để theo dõi kiểm sốt thiết bị/ thơng tin ứng dụng người lập trình CPU giám sát ngõ vào/ra thay đổi ngõ theo logic chương trình người dùng bao gồm phép toán logic đại số Boolean, đếm, định thời, phép tốn phức tạp giao tiếp truyền thơng với thiết bị thông minh khác Bộ điều khiển PLC S7-1200 tích hợp sẵn cổng Profinet để truyền thơng mạng Profinet Ngồi ra, PLC S7-1200 truyền thông Profibus, GPRS, RS485 RS232 thông qua modoule mở rộng Một số tính bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào CPU chương trình điều khiển: - Tất CPU cung cấp bảo vệ password chống truy cập vào PLC - Tính “know-how protection” để bảo vệ block đặc biệt Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER Hình 1.1 Cấu tạo điều khiển CPU S7 – 1200 * Chú thích: Bộ phận kết nối nguồn Các phận kết nối nối dây người dùng tháo (phía sau nắp che) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp Bộ phận kết nối PROFINET Các module CPU khác có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý, nhớ chương trình khác 1.1.2 Tập lệnh PLC S7-1200 1.1.2.1 Bit logic (tập lệnh tiếp điểm): - Tiếp điểm thường hở: L Tiếp điểm thường hở đóng giá trị A bit có địa n Toán hạng n: I, Q, M,L,D D - Tiếp điểm thường đóng: L Tiếp điểm thường đóng đóng giá trị A bit có địa n Tốn hạng n: I, Q, D Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi M,L,D Trang HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER ❖ Bảo mật truy cập Sử dụng mạng ảo cá nhân VPN để kết nối tới Web server từ mạng để bảo vệ hệ thống mạng Người dùng sử dụng https:// thay http:// để truy cập đến trang web chuẩn 3.1.4 Truy cập web từ thiết bị di động Để truy cập S7 – 1200 từ thiết bị di động , người dùng cần kết nối PLC đến mạng Internet, wifi cục sử dụng mạng VPN để kết nối thiết bị di động đến Web server PLC S7 – 1200 Người dùng sử dụng Port forwarding router wifi để gán địa IP PLC đến địa mà thiết bị di động truy cập từ Internet Nếu khơng sử dụng Port forwarding, người dùng kết nối tới PLC tín hiệu wifi cục 3.2 Lập trình PLC S7-1200 hệ thống điều khiển thiết bị qua webserver 3.2.1 Yêu cầu kỹ thuật Một công ty tủ điện Đức cần thiết kế tủ điện đặt trời, yêu cầu tủ điện ln hoạt động trời có tuyết Khách hàng yêu cầu thiết kế sau: ❖ Chế độ Auto: Đèn sưởi sáng nhiệt độ 31 C tắt nhiệt 0 độ lớn 33 C, nhiệt độ lớn 40 C quạt hoạt động ❖ Chế độ Manual: điều khiển tắt đèn sưởi quạt thông qua nút nhấn 3.2.2 Xác định ngõ vào/ ngõ - Xác định ngõ vào: Bảng 3.1: Xác định ngõ vào Kí hiệu Tốn hạng Auto I0.0 Hệ thống hoạt động chế độ tự động Manual I0.1 Hệ thống hoạt động chế độ tay S1 I0.2 Nút nhấn điều khiển đèn sưởi S2 I0.3 Nút nhấn điều khiển quạt S3 I0.4 Nút nhấn tắt đèn sưởi S4 I0.5 Nút nhấn tắt quạt Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Mô tả Trang 37 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER PT 100 - IW64 Cảm biến nhiệt độ Xác định ngõ ra: Bảng 3.2: Xác định ngõ Kí hiệu Tốn hạng Mơ tả TG1 Q0.0 Đèn sưởi TG2 Q0.1 Quạt P1 Q0.2 Xanh báo chế độ đèn sưởi hoạt động P2 Q0.3 Xanh báo chế độ quạt hoạt động P3 Q0.4 Đỏ báo đèn sưởi ngưng hoạt động P4 Q0.5 Đỏ báo quạt ngưng hoạt động 3.2.3 Sơ đồ kết nối: Hình 3.1 Sơ đồ kết nối PLC Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 38 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER 3.2.4 Chương trình: Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 39 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 40 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 41 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER 3.3 Xây dựng giao diện giám sát thiết bị qua webserver 3.3.1 Giao diện giám sát thiết bị qua webserver 3.3.2 Chương trình giám sát thiết bị qua webserver S7-1200 cung cấp sẵn trang web dạng chuẩn cung cấp thông tin PLC Để truy cập trang này, bạn phải kích hoạt chức webserver PLC theo bước sau: Bước 1: Click phải vào PLC cần kích hoạt, chọn Properties Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 42 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER Bước 2: Click chọn mục Webserver, check vào ô Enable để kích hoạt Bước 3: Click Ok để tiếp tục Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 43 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER Bước 4: Click Ok cửa sổ cấu hình để hoàn tất Bước 5: Mở Notepad++ viết đoạn code PT100 Webserver S7-1200 Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 44 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER ĐỀ TÀI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER * Điều khiển: Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 45 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER > * Giám sát trạng thái: Bat_Den: :="Bat_Den": Tat_Den: :="Tat_Den": Bat_Quat: :="Bat_Quat": Tat_Quat: :="Tat_Quat": * Giám sát nhiệt độ:

• Nhiệt độ tại: :="Data".ND_Hien_Tai:

Bước 6: Mở trình duyệt, nhập địa IP PLC vào địa nhấn Enter 3.4 Bài tập ứng dụng Chương trình 1: điều khiển đèn sáng tắt theo điều chỉnh biến trở o Nhấn ON: cho phép điều khiển Số lượng đèn sáng tùy theo vị trí biến trở: biến trở ~ đèn sáng; biến trở max ~ đèn sáng o Nhấn OFF: đèn tắt Chương trình 2: điều khiển đèn sáng tỏ, sáng mờ theo ánh sáng o Chỉ sử dụng đèn o Thay biến trở quang trở o Tùy thuộc vào trời sáng hay tối mà đèn sáng mờ hay tỏ Chương trình 3: điều khiển nhiệt trở theo nhiệt độ o Sử dụng điện trở nhiệt thay đèn Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 46 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER o Tùy theo nhiệt độ cảm biến nhiệt mà nhiệt trở đốt nóng nhiều hay (có thể sử dụng phương pháp đốt nóng theo tín hiệu PWM) Hướng dẫn thực tập: - Xác định ngõ vào/ra - Vẽ sơ đồ đấu dây thiết bị ngoại vi - Đấu nối thiết bị ngoại vi - Viết chương trình điều khiển - Xây dựng giao diện giám sát - Thử mạch điều khiển - Vận hành toàn mạch Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 47 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 4.1 Kết luận Qua thời gian thực đề tài: “HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER”, người thực thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển thiết bị qua webserver, thi công mơ hình nhỏ gọn, thẩm mỹ viết chương trình điều khiển hệ thống điều khiển thiết bị qua webserver Hình 4.1: Mơ hình hệ thống điều khiển thiết bị qua webserver Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 48 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER Hình 4.2: Giao diện giám sát hệ thống điều khiển thiết bị qua webserver * Kết quả: - Mơ hình hoạt động theo yêu cầu đề - Chương trình điều khiển PLC mơ hoạt động u cầu - Mơ hình nhỏ gọn, trực quan, dễ đấu nối - Mơ hình tạo hứng thú q trình truyền đạt mơn học lập trình điều khiển PLC 4.2 Đề xuất - Đề tài “HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER”, từ mơ hình hệ thống tập nhỏ phát triển thành mơ hình hệ thống tập lớn hệ thống điều khiển truyền động điện hoàn thiện mà ta ứng dụng vào sản xuất cơng nghiệp thực tế Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 49 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER - Ngồi chương trình điều khiển bản, ta phát triển mơ hình kết hợp nhiều PLC S7-1200, LOGO!, biến tần để điều khiển giám sát hệ thống tự động hóa cơng nghiệp Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 50 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER D TÀI LIỆU THAM KHẢO - Tài liệu tiếng Việt: [1] Trần Văn Hiếu, Truyền thông công nghiệp với TIA PORTAL, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2019 [2] Trần Văn Hiếu, Tự động hóa PLC S7-1200 với TIA PORTAL, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2019 [3] Trần Văn Hiếu, Thiết kế hệ thống HMI/SCADA với TIA PORTAL, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2019 [4] Hoàng Minh Cơng, Giáo trình cảm biến cơng nghiệp, ĐH Bách Khoa Đà Nẵng, 2017 [5] Lê Chí Kiên, Giáo trình đo lường cảm biến, ĐH SPKT TP.HCM, 2013 Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 51