Báo cáo Đồ án mạng công nghiệp Đề tài Điều khiển thiết bị thông qua webserver

LỜI MỞ ĐẦUNgày nay, với sự phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, việc ứng dụng các hệ thống điều khiển tự động trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp, cũng nhưtrong các th

KHOA ĐIỆN TỬ-TIN HỌC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

Tp.HCM, Ngày 18 tháng 12 năm 2017

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, cho nhóm thực hiện đề tài xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến Bangiám hiệu Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng cùng với quý Thầy/Cô trong khoaĐiện Tử – Tin Học, đặc biệt là bộ môn Điện Tử Công Nghiệp đã giảng dạy, truyền đạtnhững kiến thức vô cùng bổ ích, tận tình chỉ dạy, giúp đỡ nhóm trong quá trình học tập

và rèn luyện tại trường Đó chính là những nền tảng cơ bản và quan trọng nhất, là hànhtrang vô cùng quý giá giúp nhóm hoàn thành tốt đồ án tốt này và tự tin bước vào sựnghiệp trong tương lai Nhóm thực hiện đề tài xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy

Võ Xuân Nam – Giảng viên hướng dẫn Thầy đã tận tình chỉ bảo, định hướng và góp ýchân thành để nhóm thực hiện đề tài nhận ra được những hạn chế, hướng khắc phục và

có được một sự chuẩn bị tốt nhất cho đồ án này

Xin gửi lời cảm ơn đến bố mẹ, những người thân trong gia đình và bạn bè đã ủng hộ,động viên nhóm thực hiện đề tài về cả tinh thần và vật chất để nhóm có được thànhcông như ngày hôm nay

Cuối cùng, vì kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên trong quá trình làm đồ án sẽkhông thể tránh khỏi những sai sót Nhóm thực hiện đề tài mong nhận được những lờigóp ý từ quý Thầy/Cô để đồ án được hoàn thiện hơn và rút ra được những kinh nghiệm

bổ ích cho bản thân mình Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!

Tp.HCM Ngày 18 tháng 12 năm 2017

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

TP.HCM, Ngày….Tháng… Năm 2017

Giảng viên hướng dẫn

(GV ký và ghi rõ họ tên)

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG

Hình 2.1 Thành phần PLC S7-1200 3

Hình 2.2 Các bảng tín hiệu của PLC S7-1200 4

Hình 2.3 Các module tín hiệu của PLC S7-1200 4

Hình 2.4 Các module truyền thông của PLC S7-1200 5

Hình 3.1 Cổng Profinet của PLC S7-1200 7

Hình 3.2 Tạo Project 8

Hình 3.3 Chọn loại thiết bị 8

Hình 3.4 Chọn loại CPU 9

Hình 3.5 Đặt địa chỉ IP (1) 9

Hình 3.6 Đặt địa chỉ IP (2) 10

Hình 3.7 Tải chương trình xuống PLC 11

Hình 3.8 Hiển thị các kết nối với PLC 11

Hình 3.9 Kết thúc quá trình tải xuống 12

Hình 3.10 Giám sát chương trình qua Monitor 12

Hình 3.11 Giám sát chương trình qua Go online 13

Hình 3.12 Bật giám sát chương trình Monitor 13

Hình 4.1 Giao diện Web Server 15

Hình 4.2 Giao diện Web chuẩn 15

Hình 4.3 Sơ đồ thể hiện tổng quát cách nhúng User-defined web 17

Hình 4.4 Giao diện để cấu hình cho Web server 19

Hình 4.5 Khối lệnh WWW 20

Hình 4.6 Sơ đồ liên kết trong mạng LAN 21

Hình 4.7 Sơ đồ liên kết trong mạng WAN 22

Hình 5.1 Cấu trúc HTML chuẩn 24

Hình 5.2 Tạo nút nhấn 29

Hình 5.3 Tạo giá trị trả về từ PLC 30

Hình 5.4 Tạo hình tròn 33

Hình 5.5 Lưu đồ giải thuật 34

Hình 5.6 Chương trình PLC (1) 35

Hình 5.7 Chương trình PLC (2) 36

Hình 5.8 Bước 1 kết nối Web Server 40

Hình 5.9 Bước 2 kết nối Web Server 40

Hình 5.10 Bước 3 kết nối Web Server 41

Hình 5.11 Bước 4 kết nối Web Server 41

Hình 5.12 Bước 5 kết nối Web Server 42

Hình 5.13 Bước 6 kết nối Web Server 42

Hình 5.14 Nhập địa chỉ PLC trên Google Chrome 43

Hình 5.15 Giao diện đăng nhập 43

Hình 5.16 Đăng nhập tài khoản 44

Hình 5.17 Đăng nhập vào Web Server 44

Hình 5.18 Giao diện điều khiển thiết bị (1) 45

Hình 5.19 Giao diện điều khiển thiết bị (2) 45

BẢNG Trang Bảng 5.1 Các lệnh tiêu đề HTML 25

Bảng 5.2 Bảng lệnh hiển thị hình ảnh 26

Bảng 5.3 Lệnh đưa dữ liệu lên Web 27

Bảng 5.4 Bảng lệnh tạo nút nhấn 28

Bảng 5.5 Tập lênh Bit Logic 36

Bảng 5.6 Các tập lệnh Timer 37

MỤC LỤC

Trang

CHƯƠNG 1 DẪN NHẬP 1

 1.1 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1

 1.2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1

 1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200 2

 2.1 GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 2

2.1.1 Tổng quan về PLC S7-1200 2

2.1.2 Các bảng tín hiệu 4

2.1.3 Các module tín hiệu 4

2.1.4 Các module truyền thông 5

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL 6

 3.1 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL 6

3.1.1 Cấu hình một địa chỉ IP 6

3.1.2 Cấu hình giao diện PROFINET 7

3.1.3 Tạo một project mới 7

3.1.4 Tải chương trình xuống CPU 10

3.1.5 Giám sát và thực hiện chương trình 12

CHƯƠNG 4 WEB SERVER 14

 4.1 TRUY CẬP VÀO WEBSERVER 14

4.1.1 Kích hoạt Web Server 14

4.1.2 Truy cập trang Web Server 14

4.1.3 Một số ảnh hưởng đến Web Server 16

 4.2 TRANG WEB TỰ XÂY DỰNG 16

4.2.1 Cách tạo một trang HTML 17

4.2.2 Các lệnh AWP hỗ trợ cho Web server S7-1200 18

4.2.3 Cấu trúc chung 18

4.2.4 Cấu hình các trang web tự định nghĩa 18

4.2.5 Lập trình để kích hoạt trang web tự định nghĩa 20

 4.3 TRUY CẬP WEB SERVER……….20

4.3.1 Truy cập Web Server trên mạng LAN 20

4.3.2 Truy suất Web Server trên mạng WAN 21

CHƯƠNG 5 ỨNG DỤNG WEB SERVER ĐIỀU KHIỂN PLC 23

 5.1 THIẾT KẾ WEB SERVER 23

Lưu đồ giải thuật PLC 23

CHƯƠNG 6 KẾT QUẢ 24

 KẾT QUẢ 25

 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 25

 MỘT SỐ TRANG WEB THAM KHẢO 26

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, việc ứng dụng các

hệ thống điều khiển tự động trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp, cũng nhưtrong các thiết bị dân dụng nhằm nâng cao tính linh hoạt trong sản xuất và chất lượngsản phẩm, phục vụ những nhu cầu và lợi ích của con người ngày càng nhiều Nhờ sựphát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển logic khả lập trìnhPLC (Programmable Logic Controller) đã xuất hiện thay thế các hệ thống điều khiển rơ

le Càng ngày PLC đã trở nên hoàn thiện và đa năng hơn Các PLC ngày nay khôngnhững có khả năng thay thế hoàn toàn các thiết bị điều khiển logic cổ điển, mà còn cókhả năng thay thế các thiết bị điều khiển tương tự Các PLC được sử dụng rộng rãitrong công nghiệp

PLC có nhiều ưu điểm về điều khiển, phương diê €n quản lý , kết nối thống nhất giữa cácthiết bị trong mạng truyền thông với nhau Nhưng môi trường số hóa hiê €n nay đòi hỏi

có thể kiểm soát điều khiển công viê €c từ xa mọi lúc mọi nơi Vì vậy để đáp ứng nhucầu này cần dùng đến mạng truyền thông khổng lồ Internet và công cụ Web để có thểkiểm soát và điều khiển hoạt đô €ng của PLC

Sự liên lạc thống nhất giữa các thiết bị trong hê € thống hoạt đô €ng với nhau và với trungtâm điều hành tại chỗ và từ xa là vô cùng cần thiết , đó là thế mạnh của các thiết bị điềukhiển công nghiê €p thế hê € mới Tất cả có thể xây dựng và hoàn thiê €n nhờ vào mạngInternet và WEB

Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng như muốn làm quen và tìm hiểu việc điều khiển hệthống dùng PLC và mạng Internet! Nên em chọn đề tài: Điều Khiển Thiết Bị ThôngQua Webserver Dùng PLC S7-1200

CHƯƠNG 1

DẪN NHẬP.

1.1 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU:

-Tìm hiểu về PLC Simatic S7-1200: Nghiên cứu cấu trúc phần cứng, cấu trúc bộ nhớ

1.2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:

- Đối tượng nghiên cứu:

 Nghiên cứu phần mềm lập trình điều khiển TIA Portal và các tập lệnh để xâydựng điều khiển Web Server

 Viết chương trình điều khiển mô hình thông qua Web Server và mạng Internet.-Phạm Vi Nghiên Cứu:

 Xây dựng giao diện điều khiển mô hình thông qua Web Server của Siemens vàmạng Internet

 Tìm hiểu tổng quan về mô hình và các giao thức kết nối PLC với mạng Internet

1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

-Tìm hiểu tài liệu liên quan

-Vận dụng, kế thừa tài liệu tham khảo, đồ án của các khóa trước

-Tham khảo các ý kiến góp ý.

-Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ratrong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ Sau khi tảixuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điềukhiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ

ra theo logic của chương trình, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việcđếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minhkhác

-Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chương trình điềukhiển:

 Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép cấu hình việc truyxuất đến các chức năng của CPU

 Có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong một khốixác định

-CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET Cácmodule truyền thông là có sẵn dành cho việc giao tiếp qua các mạng RS232 hayRS485.

 Cấu tạo của PLC S7-1200:

Hình 2.1 Thành phần PLC S7-1200

(1) Bộ phận kết nối nguồn

(2) Các bộ phận kết nối nối dây có thể tháo được và khe cắm thẻ nhớ nằm dưới nắpphía trên

(3) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp

(4) Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU)

- Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượnggiúp cho chúng ta tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau

2.1.2 Các bảng tín hiệu:

-Một bảng tín hiệu (SB) cho phép chúng ta thêm vào I/O cho CPU Chúng ta có thểthêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự SB kết nối vào phía trước của CPU

 SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)

 SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự

(1) Các LED trạng thái trên SB

(2) Bộ phận kết nối nối dây có thể tháo ra

(3) Bộ phận kết nối nối dây có thể tháo ra

Hình 2.3 Các module tín hiệu của PLC S7-1200

2.1.4 Các module truyền thông:

-Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ sungvào hệ thống Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485

-CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông

-Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM khác)

Hình 2.4 Các module truyền thông của PLC S7-1200

(1) Các LED trạng thái dành cho module truyền thông

(2) Bộ phận kết nối truyền thông

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL

3.1 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL.

-Phần mềm TIA Portal cung cấp một môi trường thân thiện cho chúng ta nhằmphát triển, chỉnh sửa và giám sát mạng logic được yêu cầu để điều khiển ứngdụng, bao gồm các công cụ dành cho quản lý và cấu hình tất cả các thiết bị trong

đề án, như các thiết bị PLC hay HMI

-TIA Portal cung cấp hai ngôn ngữ lập trình (LAD và FBD) để thuận tiện và cóhiệu quả trong việc phát triển chương trình điều khiển đối với ứng dụng, và còncung cấp các công cụ để tạo ra và cấu hình các thiết bị HMI trong đề án

-Để cài đặt TIA Portal, cần đưa đĩa CD vào trong ổ CD-ROM của máy tính.-Trình cài đặt sẽ khởi động một cách tự động và nhắc trong suốt quá trình cài đặt

3.1.1 Cấu hình một địa chỉ IP:

-CPU S7-1200 có một cổng PROFINET được tích hợp, hỗ trợ cả tiêu chuẩn truyềnthông Ethernet và dựa trên TCP/IP Các giao thức ứng dụng sau đây được hỗ trợ bởiCPU S7-1200:

Giao thức điều khiển vận chuyển (Transport Control Protocol – TCP). ISO trên TCP (RFC 1006) 

-CPU S7-1200 có thể giao tiếp với các CPU S7-1200 khác, với thiết bị lập trình TIAPortal, với các thiết bị HMI, và với các thiết bị không phải của Siemens bằng cách

sử dụng các giao thức truyền thông TCP tiêu chuẩn Có hai cách để giao tiếp sửdụng PROFINET:

3.1.2 Cấu hình giao diện PROFINET.

-Sau khi mở chương trình PLC Bên thanh trái của giao diện, chúng ta sẽ chọn mục

PLC mà chúng ta đã tạo sổ nó xuống và chọn Device configuration để vào cấu hìnhCPU trên thanh đỡ

-Sau khi cấu hình CPU trên thanh đỡ, chúng ta có thể cấu hình các thông số cho

giao diện PROFINET Để làm điều này, nhấp vào hộp PROFINET màu xanh lá câytrên CPU để lựa chọn cổng PROFINET Thẻ “Properties” trong cửa sổ kiểm tra sẽ

hiển thị cổng PROFINET

Hình 3.1 Cổng Profinet của PLC S7-1200

(1) Cổng PROFINET

3.1.3 Tạo một project mới.

- Tạo 1 project trong phần mềm TIA PORTAL sẽ cho phép chúng ta viết chươngtrình PLC để kết nối vói Web Server

SIMATIC S7-1200.

Hình 3.4 Chọn loại CPU

- Sau khi đã vào được giao diện của phần mềm , đầu tiên chúng ta sẽ set địa chỉ IPlại: chọn Device configuration nhấp vào vùng khoanh đỏ ở cuối góc plc  Ethernet addresses

Hình 3.5 Đặt địa chỉ IP (1)

Hình 3.6 Đặt địa chỉ IP (2).

- Để chương trình có thể hoạt động thống nhất thì địa chỉ IP gán cho PLC phải đồng

nhất với địa chỉ IP trong đề án

3.1.4 Tải chương trình xuống CPU

-Tải từ màn hình soạn thảo chương trình bằng cách kích vào biểu tượng downloadtrên thanh công cụ của màn hình

Hình 3.7 Tải chương trình xuống PLC

Hình 3.9 Kết thúc quá trình tải xuống.

3.1.5 Giám sát và thực hiện chương trình.

- Để giám sát chương trình trên màn hình soạn thảo kích chọn Monitor trên thanhcông cụ.

Hình 3.10 Giám sát chương trình qua Monitor

-Hoặc cách 2 làm như hình dưới:

Hình 3.11 Giám sát chương trình qua Go online

-Sau khi chọn monitor chương trình soạn thảo xuất hiện như sau:

SIMATIC S7-1200.

Hình 3.12 Bật giám sát chương trình Monitor

Tiếếp đếến ta m m t trình duy t bấết kỳ đấy tôi ch n “e” và nh p đ aở ộ ệ ở ọ ậ ị

ch c a plc vào:ỉ ủ

Hình 3.12: M trình duy t nh p đ a ch IP c a PLCở ệ ậ ị ỉ ủ

Sau đó màn hình c a s PLC seẽ xuấết hi n:ữ ổ ệ

Hình 3.13: Giao di n c a SIMATIC S7-1200ệ ủ

SIMATIC S7-1200.

b c này ta đăng nh p băằng tài kho n admin và không cấằn nh p

pasword

Hình 3.14: Đăng nh p vào trang web băằng tk adminậ

đấy ta nhấến vào nút quay l i:

Hình 3.15a: Quay l i trang ạ

SIMATIC S7-1200.

ch n contnue to… đ tếếp t c:ọ ể ụ

Hình 3.15b: Quay l i trangạ đấy ta đăng nh p l i m t lấằn n a băằng tài kho n admin:

Hình 3.16: Đăng nh p l i m t lấằn n aậ ạ ộ ữ

Sau khi đã đăng nh p vào đậ ược tếếp đếến ta ch n User page đ vàoọ ểtrang c a mình:ủ

Hình 3.17: Đã đăng nh p vào đậ ược

SIMATIC S7-1200.

Hình 3.18: Giao di n User Pagesệ

và cuôếi cùng khi đã th c hi n xong các bự ệ ước trến chúng ta cũng đã vào

được trang web c a mình:ủ

Hình 3.19a: Hình nh trang webả

SIMATIC S7-1200.

Hình 3.19b: Hình nh trang webả

CHƯƠNG 4

WEB SERVER.

4.1 TRUY CẬP VÀO WEBSERVER.

4.1.1 Kích hoạt Web Server.

-Mở TIA vào phần Device Configuration để thiết lập giao diện chính trong Web server

[1]

-Trong giao diện cửa sổ đó chọn vào mục Properties chọn mục web sever

-Check vào mục “Enable Web server on this module” thì chương trình sẽ tự động checkvào “Enable” phần Automatic update

-Có thể nhúng trang web riêng của mình vào trang web chuẩn ở mục “UserdefinedWeb pages”

4.1.2 Truy cập trang Web Server.

-Truy cập các trang web chuẩn từ máy tính:

-Máy tính và CPU S7-1200 phải đ ợc liên kết với nhau bằng mạng cục bộ hoặc kếtƣnối trực tiếp với nhau bằng cáp chuẩn Ethernet

-Mở một trình duyệt web và nhập vào địa chỉ IP của CPU S7-1200 Trình duyệt web sẽ

mở ra trang giới thiệu về S7-1200

-Để tăng thêm tính bảo mật an toàn khi truy cập tới web chuẩn chúng ta có thể sử dụnghttps:// thay vì http://

-Giao diện của trang web chuẩn:

Hình 4.1 Giao diện Web Server.

-Màn hình chào mừng vào web chuẩn của S7-1200

Hình 4.2 Giao diện Web chuẩn

4.1.3 Một số ảnh hưởng đến Web Server.

-Thông thường phải sử dụng địa chỉ IP của PLC để truy cập vào web chuẩn và web do

người dùng tự định nghĩa Nếu trình duyệt web của chúng ta không cho phép kết nốitrực tiếp đến một địa chỉ IP thì chúng ta có thể kết nối với một địa chỉ IP thông quamục DNS tới địa chỉ đó

-Tường lửa, cài đặt Proxy và một số trang web khác cũng có thể hạn chế truy cập đếnPLC

-Trang web chuẩn sử dụng JavaScript và Cookie Nếu 2 thành phần này không đượctích hợp trong trình duyệt cũng có thể làm hạn chế tính năng trong trang web server vàtrang User-defined

-Siemens cung cấp một chứng chỉ bảo mật để truy cập an toàn đến Web server, chúng

ta có thể đăng nhập hoặc tải giấy chứng nhận

4.2 TRANG WEB TỰ XÂY DỰNG.

-Web server của S7-1200 cung cấp tính năng là có thể tạo ra một trang web riêng kếthợp với các Tag của PLC S7-1200

-Tạo ra trang web này bằng cách sử dụng trình soạn thảo HTML sau đó tải chúng vàoPLC Web riêng này sẽ được nhúng vào trong Web server