Thiết kế và thi công mô hình nhà thông minh điều khiển và giám sát bằng PLC s7 1200 thông qua mạng internet

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 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 như tr

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ)

Giáo viên hướng dẫn: TH.S.NGUYỄN HOÀI BÃO

Sinh viên thực hiện: TRẦN SỸ TUẤN

Mã số sinh viên: 56135030

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ)

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi Các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác

LỜI CẢM ƠN

Kính thưa:

- Ban giám hiệu trường Đại Học Nha Trang

- Thầy cô bộ môn khoa Điện – Điện tử

Trải qua thời gian 4 năm học tập, dưới sự chỉ bảo và dạy dỗ tận tình của các thầy cô trong khoa cũng như thầy cô trong trường đã giúp chúng em tích lũy được kiến thức nền tảng quý báu để có một hành trang vững chắc trước khi hòa nhập với xã hội

Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn tới thầy T.S Nhữ Khải Hoàn - Trưởng khoa Điện – Điện tử đã tạo điều kiện và cho phép em được thực hiện đồ án tốt nghiệp

Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Nguyễn Hoài Bão đã tận tình chỉ bảo giúp đỡ để

em có thể hoàn thành tôt đồ án Em cũng xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô trong và ngoài khoa Điện – Điện tử đã chỉ bảo nhiệt tình cho chúng em trong suốt thời gian qua

Tiếp theo xin cám ơn đến các bạn Phạm Hoàng Lân, Phạm Hữu Thạo cũng đã nhiệt tình giúp đỡ bạn trong suốt thời gian làm đồ án

Trong quá trình thực hiện đề tài, ngoài vận dụng kiến thức và khả năng của mình em còn tìm hiểu thực tế tham quan tại một số công ty điện tử chuyên về Smart home tại Nha Trang tham khảo ý kiến đóng góp của công ty cùng với những lời

khuyên chân thành từ những người xung quanh để hoàn thiện đồ án một cách tốt nhất Mặc dù vậy cũng không thể tránh khỏi sai sót mong quý thầy cô và bạn đọc góp ý để

đồ án ngày càng hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, tháng 6 năm 2018 Sinh viên thực hiện

Trần Sỹ Tuấn

Chương 6 : kết luận sau khi làm đồ án những điều đã làm được và chưa làm được trong đồ án

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC HÌNH VẼ vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU xi

MỞ ĐẦU xii

1 Lý do chọn đề tài xii

2 Mục tiêu nghiên cứu xii

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu xiii

4 Phương pháp nghiên cứu xiii

5 Nội dung chính đồ án xiii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH 1

1 Giới thiệu về một số ngôi nhà thông minh 1

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200 8

2.1 Giới thiệu chung 8

2.2 Đặc điểm bộ điều khiển lập trình 8

2.3 Giới thiệu về plc s7-1200 9

2.3.1 Tổng quan về plc s7-1200 9

2.3.2 Các bảng tín hiệu 12

2 3.3 Các module tín hiệu 13

2.3.4 Các module truyền thông 13

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL 15

3.1 Tổng quan về phần mềm tia portal [1] 15

3.1.1 Tạo ra cấu hình của thiết bị, thêm một thiết bị vào đề án 16

3.1.1.1 Thêm thiết bị mới vào đề án 16

trong kiểu xem portal, chọn “device & 16

3.1.1.2 Nhận biết cấu hình của một cpu chưa xác định 18

3.1.2 Cấu hình sự hoạt động của cpu 20

3.1.3 Thêm các module vào cấu hình 21

3.1.4 Cấu hình một địa chỉ ip trong đề án 22

3.1.4.1 Gán một địa chỉ ip trực tuyến 22

3.1.4.2 Cấu hình giao diện profinet 25

3.1.6 Tải chương trình xuống cpu 27

3.1.7 Giám sát và thực hiện chương trình 29

3.2 Kỹ thuật lập trình 30

3.2.1 Vòng quét chương trình 30

3.2.2 Khối tổ chức ob – oganization blocks 31

3.2.3 Hàm chức năng – function 32

3.3 Tập lệnh lập trình 33

3.3.1 Bit logic 33

3.3.2 Sử dụng bộ counter 34

3.3.3 Sử dụng lệnh so sánh 35

3.3.4 Các lệnh toán học 36

3.3.5 Lệnh di chuyển move 37

3.3.6 Các lệnh định tỷ lệ và chuẩn hóa : 38

3.3.7 Các lệnh đếm thời gian 39

CHƯƠNG 4: WEB SERVER 42

4.1 Trang web chuẩn 42

4.1.1 Kích hoạt web server 42

4.1.2 Truy cập trang web chuẩn 42

4.1.3 Phân quyền sử dụng 42

4.1.4 Trang introduction 43

4.1.5 Start page 43

4.1.6 Trang identification 44

4.1.7 Diagnostic buffer 44

4.1.8 Trang module information 45

4.1.9 Communication 45

4.1.10 Trang variable status 46

4.1.11 Trang data logs 47

4.1.12 User-defined web pages 47

4.1.13 Một số hạn chế ảnh hưởng đến web server 48

4.2 Trang web tự xây dựng 48

4.2.1 Cách tạo một trang html 49

4.2.2 Các lệnh awp hỗ trợ cho web server s7-1200 49

4.2.3 Cấu trúc chung 50

4.2.4.2 Ghi biến xuống plc 51

4.2.4.3 Đọc các biến đặc biệt 52

4.2.4.4 Ghi các biến đặc biệt 53

4.2.4.5 Sử dụng bí danh cho các biến tham khảo 54

4.2.4.6 Xác định enum 55

4.2.5 Cấu hình các trang web chúng ta tự định nghĩa 55

4.2.6 Lập trình để kích hoạt trang web chúng ta tự định nghĩa: 56

4.3 Truy cập web server 57

4.3.1 Truy suất web server trên mạng wan 57

4.4 Thực nghiệm sử dụng web server điều khiển plc 58

4.4.1 Thực nghiệm sử dụng web server điều khiển plc bằng mạng internet 58 4.4.1.1 Kết nối các thiết bị xây dựng hệ thống liên kết của ví dụ 58

4.4.1.2 Thực hiện các thao tác cài đặt ip plc vào router adsl 60

4.4.1.3 Thao tác truy cập web server từ mạng internet 62

CHƯƠNG 5 : LẬP TRÌNH VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH QUA INTERNET 65

5.1 mô hình nhà thông minh 65

5.1.1 Hệ thống thông minh được lắp đặt trong mô hình 65

5.1.1.1 Cửa,rèm tự động 66

5.1.1.2 Chống trộm bằng module sim 900a 68

5.1.1.3 Cổng nhà tự động có khóa số bảo mật 76

5.2 Sơ đồ kết nối plc 84

5.3 Nguyên lý hoạt động của mô hình 85

5.4 Quy ước và gắn tag 86

5.5 Chương trình điều khiển plc 86

5.6 Mã lập trình wed 89

CHƯƠNG 6 : KẾT LUẬN 97

1 Những điều đã đạt được khi hoàn thành đồ án 97

2 Những điều chưa làm được 97

Tài liệu tham khảo 98

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 : Nhà thông minh trong thực tế 1

Hình 1.2 : Ảnh minh họa 1 1

Hình 1.3 : Ảnh minh họa 2 2

Hình 1.4 : Ảnh minh họa 3 3

Hình 1.5 : Ảnh minh họa 4 3

Hình 1.6 : Ảnh minh họa 5 4

Hình 1.7 : Ảnh minh họa 6 5

Hình 1.8 : Ảnh minh họa 7 5

Hình 1.9 : Ảnh minh họa 8 6

Hình 1.10 : Ảnh minh họa 9 6

Hình 1.11 : Ảnh minh họa 10 7

Hình 2 1 Thành phần PLC S7-1200 10

Hình 2 2 Các bảng tín hiệu của PLC S7-1200 13

Hình 2 3 Các module tín hiệu của PLC S7-1200 13

Hình 2 4 Các module truyền thông của PLC S7-1200 14

Hình 3 1 Kết cấu làm việc với TIA 15

Hình 3 2 Thêm thiết bị mới kiểu Portal 16

Hình 3 3 Thêm thiết bị mới vào đề án kiểu Project 16

Hình 3 4 Hộp thoại "Add New Device" 17

Hình 3 5 Device view của cấu hình phần cứng 17

Hình 3 7 Lệnh “Hardware detection” trong mục “Online” 19

Hình 3 8 Cấu hình của thiết bị được kết nối 19

Hình 3 9 Lựa chọn thiết bị được tìm thấy 19

Hình 3 10 Các mục trong thẻ “Properties” 20

Hình 3 11 Kiểm tra PLC không có IP 23

Hình 3 12 Online & diagnostics PLC 23

Hình 3 13 Hộp thoại “Online & diagnostics" 24

Hình 3 14 Nhập IP của PLC 24

Hình 3 15 Kiểm chứng lại IP PLC 25

Hình 3 16 Cổng Profinet của PLC S7-1200 25

Hình 3 17 Bảng cấu hình cài đặt IP cho PLC S7-1200 trên TIA Portal 26

Hình 3 18 Cài đặt mật khẩu PLC 26

Hình 3 19 Tải chương trình xuống PLC 28

Hình 3 20 Hiển thị các kết nối với PLC 28

Hình 3 21 Kết thúc qua trình tải xuống 29

Hình 3 22 Giám sát chương trình qua Monitor 29

Hình 3 23 Bật giám sát chương trình Monitor 30

Hình 3 24 Cấu trúc lập trình 30

Hình 3 25 Tạo khối mã trong TIA Portal 31

Hình 3 26 Chèn các OB vào chương trình 31

Hình 3 27 Lệnh định tỷ lệ 38

Hình 3 28 Lệnh Write System Time 40

Hình 3 29 Lệnh Read System Time 40

Hình 4 1 Giao diện Web chuẩn 42

Hình 4 2 Hình Logging in 43

Hình 4 3 Hình Logging out 43

Hình 4 4 Giao diện Web chuẩn 43

Hình 4 5 Giao diện trang bắt đầu 44

Hình 4 6 Giao diện Identification 44

Hình 4 7 Giao diện Diagnostic Buffer 45

Hình 4 8 Giao diện Module Information 45

Hình 4 9 Giao diện Parameter 46

Hình 4 10 Giao diện Statistics 46

Hình 4 11 Giao diện Variable Status 47

Hình 4 12 Giao diện Data Logs 47

Hình 4 13 Giao diện User-defined web pages 48

Hình 4 14 Sơ đồ thể hiện tổng quát cách nhúng User-defined web 49

Hình 4 15 Input Target Level 51

Hình 4 16 Submit setting 52

Hình 4 17 Giao diện để cấu hình cho Web server 56

Hình 4 18 Khối lệnh WWW 57

Hình 4 19 Chương trình minh họa WWW 57

Hình 4 20 Sơ đồ liên kết trong mạng WAN 58

Hình 4 21 Kết nối PLC với router FPT 59

Hình 4 22 Giao diện web chính PLC 60

Hình 4 23 Giao diện đăng nhập vào wed của rout 60

Hình 4 24 Mục tạo Port 80 61

Hình 4 25 Hoàn thành việc tạo Port 80 62

Hình 4 26 Kiểm tra IP tĩnh của mạng internet 62

Hình 4 28 Ô điền ID 63

Hình 4 29 Đăng nhập thành công trên web 64

Hình 4 30 Giao diện web tự lập 64

Hình 5.1: Mô hình nhà hoàn thiện 65

Hình 5.2 : Cửa tự động 66

Hình 5.3 : Động cơ, Relay trung gian 66

Hình 5.4 Sơ đồ chân Relay 67

Hình 5.5 : Rèm cửa tự động 68

Hình 5.6 : Bo mạch arduino 68

Hình 5.7 : Vi sử lý của arduino 69

Hình 5.8 : Các cổng vào/ra cửa mạch arduino 72

Hình 5.9 : Cảm biến vật cản hồng ngoại V1 73

Hình 5.10 : Cổng nhà 77

Hình 5.11: Keypad 3x4 78

Hình 5.12 : Servo Tower Pro 9g phổ biến 78

Hình 5.13 : LCD 79

Hình 5.14 Sơ đồ kết phần cứng PLC 85

Hình 5.15 Bật đèn phòng khách 85

Hình 5.16 Danh sách tag được gắn trên PLC 86

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2 1 Thông số kỹ thuật các loại CPU 11

Bảng 2 2 Danh sách Modul hỗ trợ PLC 12

Bảng 3 1 Kết Module vào PLC 21

Bảng 3 2 Các cấp độ bảo mật PLC 27

Bảng 3 3 Tập lệnh Bit logic 33

Bảng 3 4 Các lệnh Counter 34

Bảng 3.5 Các lệnh so sánh 35

Bảng 3 6 Các lệnh toán học 36

Bảng 3 7 Các lệnh di chuyển MOVE 37

Bảng 3 8 Bảng dữ liệu nhập hàm SCALE_X và NORM_X 38

Bảng 3 9 Kiểu dữ liệu DTL 39

Bảng 3 10 Thông số của lệnh Write System Time 40

Bảng 3 11 Thông số của lệnh Read System Time 40

Bảng 3 12 Các lệnh toán tử word logic 41

Bảng 4 1 Các tham số của biến Varname để đọc biến từ PLC 50

Bảng 4 2 Các tham số của Varname để ghi xuống 51

Bảng 4 3 Các tham số đọc các biến đặc biệt 52

Bảng 4 4 Các tham số ghi các biến đặc biệt 53

Bảng 4 5 Các tham số đọc các biến tham khảo 54

Bảng 4 6 Các tham số xác định loại enum 55

Bảng 5.1 : thông số về arduino 68

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

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 như trong các thiết bị dân dụng nhằm nâng cao tính linh hoạt trong sản xuất và chất lượng sản phẩm, phục vụ những nhu cầu và lợi ích của con người ngày càng nhiều

Nhờ sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển logic khả lập trình PLC (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 không những có khả năng thay thế hoàn toàn các thiết bị điều khiển logic cổ điển, mà còn có khả năng thay thế các thiết bị điều khiển trương tự Các PLC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

PLC có nhiều ưu điểm về điều khiển, phương diện quản lý , kết nối thống nhất giữa các thiết bị trong mạng truyền thông với nhau Nhưng môi trường số hóa hiện nay đòi hỏi có thể kiểm soát điều khiển công việc từ xa mọi lúc mọi nơi Vì vậy để đáp ứng nhu cầu này cần dùng đến mạng truyền thông khổng lồ Internet và công cụ Web để có thể kiểm soát và điều khiển hoạt động của PLC

Sự liên lạc thố ng nhất giữa các thiết bị trong hệ thống hoạt động với nhau và với trung tâm điều hành tại chỗ và từ xa là vô cùng cần thiết, đó là thế mạnh của các thiết bị điều khiển công nghiệp thế hệ mới Tất cả có thể xây dựng và hoàn thiện nhờ vào mạng Internet và WEB

Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng như muốn làm quen và tìm hiểu việc điều khiển hệ thống dùng PLC và mạng Internet! Nên chúng em chọn đề tài:

“Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển thiết bị qua mạng internet.”

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

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

Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm TIA Portal dùng để lập trình cho họ PLC Simatic S7-1200.Tìm hiểu xây dựng giao diện điều khiển Web Server để điều khiển PLC S71200 thông qua mạng Internet

3 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 xây dựng điều khiển Web Server

Viết chương trình điều khiển mô hình thông qua Web Server và mạng Internet

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tìm hiểu tài liệu

Sử dụng kết quả thực nghiệm

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

Tham khảo các ý kiến góp ý

5 NỘI DUNG CHÍNH ĐỒ ÁN

Đồ án được thực hiện với các nội dung chủ yếu sau:

Chương 1: Tổng quan về ngôi nhà thông minh

Chương 2: Giới thiệu về PLC Simatic S7-1200

Chương 3: Giới thiệu về phần mềm TIA Portal

Chương 4: Web Server và mạng Internet

Chương 5: Lập trình điều khiển mô hình qua plc s7-1200 bằng internet

Chương 6: Kết luận

Mặc dù đã nỗ lực cố gắng trong quá trình thực hiện đồ án nhưng do kiến thức

và thời gian có hạn nên không tránh khỏi những sai sót nhất định Kính mong được sự

góp ý của các thầy cô và các bạn để đồ án được hoàn chỉnh hơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH

1 GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ NGÔI NHÀ THÔNG MINH

Hình 1.1 : Nhà thông minh trong thực tế

Hình 1.2: Ảnh minh họa 1

Chạm để điều khiển

Ví dụ sau giúp bạn hình dung được phần nào hoạt động của hệ thống: Khi khách đến, bạn chỉ cần chạm vào “Tiếp khách”, đèn phòng khách bật sáng rực rỡ, rèm kéo lên, điều hòa giảm xuống độ mát sâu hơn, giảm âm lượng nhạc phát… thông thường để làm được việc này bạn phải chạy khắp căn phòng và bấm rất nhiều công tắc Thật tiện nghi khi chỉ cần chạm vào một nút trên màn hình Một ví dụ khác khi đi ngủ, thay vì phải kéo rèm, đóng cửa, tắt điện, mò mẫm đi lên giường, bạn chỉ việc chạm vào “Đi ngủ” trên điện thoại hoặc máy tính bảng, hệ thống sẽ thực hiện giúp bạn những điều này, đồng thời kích hoạt hệ thống an ninh, báo động khi phát hiện xâm nhập trái phép

Hình 1.3: Ảnh minh họa 2

Hơn cả sự tiện nghi

Một kịch bản thường gặp, trước khi trở về nhà từ cơ quan, bạn chỉ cần bấm “Về nhà”, bình nóng lạnh sẽ bật, hệ thống quạt thông gió, điều hòa nhiệt độ sẽ khởi động… để khi bạn về đến nhà, tất cả đã sẵn sàng phục vụ Không chỉ bằng “ra lệnh”, hệ thống nhà thông minh Bkav SmartHome còn chủ động “phục vụ” chủ nhân Vào mỗi buổi sáng, rèm cửa hé mở, hệ thống âm thanh phát những bản nhạc nhẹ nhàng mà bạn ưa thích, điều hòa tăng nhiệt độ để giúp bạn đỡ “lười” ra khỏi giường trong mỗi buổi sáng

Hình 1.5: Ảnh minh họa 4

Tiêu chuẩn nhà hiện đại

Hầu hết chúng ta ai cũng biết đến tỷ phú Bill Gates với ngôi nhà thông minh nổi tiếng thế giới của ông Khi nghĩ tới nhà thông mình, người ta ngầm hiểu chỉ có những tỷ phú hàng đầu thế giới như Bill Gates mới có thể sở hữu Tuy nhiên, nền tảng nhà thông minh Bkav SmartHome với những công nghệ tiên tiến ngày nay, đã khiến nhà thông minh trở nên phổ biến, mà bạn cũng có thể sở hữu

Hình 1.6: Ảnh minh họa 5

Hệ thống điều khiển rèm mành :

Với Bkav SmartHome, hệ thống rèm mành ngoài việc điều khiển từ xa, chế độ đóng

mở theo các kịch bản đặt trước, hệ thống còn cho phép điều khiển kết hợp với hệ thống ánh sáng, âm thanh, giải trí đa phương tiện… theo các kịch bản mong muốn, phù hợp trong các tình huống sử dụng trong thực tế như tiếp khách, xem phim, đi ngủ Bkav Smarthome còn tự động hoạt động theo thói quen của người dùng, như buổi sáng rèm tự động kéo lên, đi ngủ rèm tự động đóng lại, hệ thống còn phân biệt được nhu cầu ánh sáng của mùa đông, mùa hè khác nhau để tự động điều chỉnh đóng mở cho phù hợp Với giao diện điều khiển trực quan 3D, trên màn hình cảm ứng người dùng

có thể bấm trực tiếp vào rèm mành để điều khiển

Hình 1.7: Ảnh minh họa 6

An toàn với hệ thống an ninh thông minh

Hệ thống an ninh trong ngôi nhà nắm giữ vai trò quan trọng, bảo vệ ngôi nhà 24/7, kiểm soát các nguy cơ cháy nổ (rò rỉ khí gas, chập điện), bị xâm nhập trái phép… Hệ thống này gồm các thiết bị kiểm soát vào ra ACS (chuông cửa có hình kết hợp kiểm soát vào ra bằng vân tay, mã số, thẻ từ), cảm biến phát hiện người, cảm biến phát hiện kính vỡ, cảm biến khói, hệ thống IP camera ghi hình, hàng rào điện tử

Hình 1.8: Ảnh minh họa 7

Hệ thống kiểm soát môi trường

Môi trường không khí có vai trò đặc biệt quan trọng đối với sức khỏe Nhà thông minh Bkav SmartHome được trang bị hệ thống kiểm soát môi trường với các cảm biến nhiệt

độ, độ ẩm, nồng độ oxy đặt ở khắp các vị trí thích hợp trong ngôi nhà Các thông số được chuyển về hệ thống trung tâm để tính toán, đưa ra lệnh điều khiển tới các thiết bị điều hòa nhiệt độ, máy hút ẩm, quạt thông gió

Hình 1.9: Ảnh minh họa 8

Kết nối không giới hạn

Bạn có thể kiểm soát ngôi nhà từ bất cứ đâu Bạn đang ở văn phòng, hay đang trong kỳ nghỉ, hệ thống nhà thông minh Bkav SmartHome giúp bạn dễ dàng kiểm soát và điều khiển ngôi nhà từ thiết bị di động, máy tính bảng thông qua kết nối Internet (Wifi, 3G)

Hình 1.10: Ảnh minh họa 9

Danh sách thiết bị

Bkav SmartHome là hệ thống thực sự thông minh, sự thông minh được đem đến bởi các phần mềm của hệ thống Tuy nhiên, không chỉ có thế, các kỹ sư của Bkav cũng hết sức chau chuốt trong việc chế tác các thiết bị của hệ thống, xứng tầm với đẳng cấp của một ngôi nhà thông minh Hầu hết thiết bị được sử dụng thiết kế với nhôm nguyên khối, kính cường lực Gorilla Glass, màn hình cảm ứng đây cũng là các thiết kế và vật

kế phải hiện đại, cao cấp Các thiết bị được sản xuất theo tiêu chuẩn công nghiệp, đạt chứng chỉ tiêu chuẩn Châu Âu (CE)

Hình 1.11: Ảnh minh họa 10

Triển khai SmartHome hiện thực hơn bạn nghĩ

Với các công nghệ kết nối tiên tiến nhất như công nghệ truyền dữ liệu không dây chuyên dụng Zigbee, công nghệ truyền dữ liệu trên đường điện PLC… hệ thống nhà thông minh Bkav SmartHome có thể dễ dàng triển khai trên các ngôi nhà đang sử dụng hoặc xây mới mà không phải đi lại đường điện hay sửa đổi hạ tầng Thực tế sử dụng, nhu cầu phát sinh và thay đổi là điều không tránh khỏi, bởi vậy với thiết kế không dây rất tiện lợi cho việc mở rộng và thay đổi nhu cầu của bạn Ví dụ trong quá trình sử dụng, gia đình bạn có nhu cầu xây thêm phòng mới, mở rộng phòng cũ hay đơn giản là lắp thêm một bể cá (có nhu cầu điều khiển ánh sáng, máy lọc nước theo các tiêu

chuẩn), với Bkav SmartHome tất cả sự thay đổi này đều có thể tích hợp vào hệ thống thông minh một cách đơn giản

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG

PLC (Programmable Logic Control) là thiết bị có thể lập trình được thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lí từ đơn giản đến phức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà có thể thực hiện một loạt các chương trình hoặc sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (hay còn gọi là ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các bộ định thời (Timer) hay các sự kiện được đếm qua bộ đếm Khi một sự kiện được kích hoạt nó PLC bật ON, OFF hoặc phát ra một chuỗi xung ra các thiết bị bên ngoài được gắn vào ngõ ra của PLC

Như vậy nếu thay đổi các chương trình được cài đặt trong PLC là có thể thực hiện các chức năng khác nhau trong các môi trường điều khiển khác nhau Hiện nay PLC đã được nhiều hãng khác nhau sản xuất như: Siemens, Omron, Mitsubishi, Pesto, Alan Bradley, Shneider Hitachi, … Mặt khác PLC cũng đã bổ sung thêm các thiết bị

mở rộng khác như: Các cổng mở rộng AI (Analog Input), DI (Digital Input), các thiết

bị hiển thị, các bộ vào

2.2 ĐẶC ĐIỂM BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Nhu cầu về một bộ điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩy

sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình được (programmable control

systems) hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động Trong bối cảnh đó, bộ điểu khiển lập trình (PLC – Programmable Logic

Controller) được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle và thiết bị rời cồng kềnh và nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản Ngoài ra, PLC còn có thể thực hiện những tác vụ khác như định thời, đếm, … làm tăng khả năng điều khiển cho những hoạt động phức tạp, ngay cả với loại PLC nhỏ nhất

Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái tín hiệu ngõ vào được đưa về

từ quá trình điều khiển, thực hiện các thao tác logic được lập trong chương trình và đưa ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị tương ứng, với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu ở ngõ vào, mà không cần

có các mạch giao tiếp hay rơ-le trung gian Tuy nhiên, khi dùng PLC điều khiển những thiết bị có công suất lớn cần phải có mạch điện tử công suất trung gian gắn thêm vào Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà không cần có

sự thay đổi nào về mặt kết nối dây, sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng Hơn nữa, chúng ta còn có ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với những hệ thống

truyền thống mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời

Về phần cứng, PLC tương tự như máy tính “truyền thông”, và chúng có các đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp

Khả năng kháng nhiễu tốt

Cấu trúc dạng Modul cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối thêm Modul

mở rộng vào/ ra) và thêm chức năng (nối thêm Modul chuyên dùng)

Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra được chuẩn hoá Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng Ladder, Instruction và Funtion Chart, dễ hiểu

và dể sử dụng

Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng

Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng rộng rãi trong việc điểu khiển các máy móc công nghiệp và trong điền khiển quá trình (Process – control)

2.3 GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200

2.3.1 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200

Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7- 1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau

Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ Sau khi tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển 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,

việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác

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

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

• Có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong một khối xác định

CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET

Các module truyền thông là có sẵn dành cho việc giao tiếp qua các mạng RS232 hay RS485

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 nắp phía 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 lượng giúp

Bảng 2 1 : Thông số kỹ thuật các loại CPU

Kiểu số

Kiểu tương tự

6 ngõ vào / 4 ngõ ra

2 ngõ ra

8 ngõ vào / 6 ngõ ra

2 ngõ ra

14 ngõ vào /

10 ngõ ra

2 ngõ ra Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)

3 tại 30 kHz

3 tại 80 kHz

3 tại 20 kHz Các ngõ ra xung 2

Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)

Thời gian lưu giữ đồng hồ

thời gian thực

Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 400C

PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet

Tốc độ thực thi tính toán thực 18 μs/lệnh

Tốc độ thực thi Boolean 0,1 μs/lệnh

Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU Có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác

(SB)

Kiểu tương tự

• 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

Hình 2 3 Các module tín hiệu của PLC S7-1200

2.3.4 CÁC MODULE TRUYỀN THÔNG

Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ sung vào 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 nhằm phát triển, chỉnh sửa và giám sát mạng logic được yêu cầu để điều khiển ứng dụng, 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 có hiệu quả trong việc phát triển chương trình điều khiển đối với ứng dụng, và còn cung 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 Cấu hình thiết bị:

Chúng ta tạo ra cấu hình thiết bị cho PLC bằng cách thêm một CPU và các module bổ sung vào đề án

Hình 3 1 Kết cấu làm việc với TIA

(1) Module truyền thông (CM): Tối đa là 3, được chèn vào các khe số 101,

102 và 103

(2) CPU: Khe số 1

(3) Cổng Ethernet của CPU

(4) Bảng tín hiệu (SB): Tối đa là 1, được chèn vào CPU

Module tín hiệu (SM) dành cho I/O tương tự hay số: Tối đa là 8, được chèn vào trong các khe từ 2 đến 9

3.1.1 TẠO RA CẤU HÌNH CỦA THIẾT BỊ, THÊM MỘT THIẾT BỊ VÀO ĐỀ

ÁN

3.1.1.1 THÊM THIẾT BỊ MỚI VÀO ĐỀ ÁN

Trong kiểu xem Portal, chọn “Device &

Networks” và nhấp vào “Add new

device”

Trong kiểu xem Project, dưới cây đề án

nhấp đôi chuột vào “Add new device”

Hình 3 2 Thêm thiết bị mới kiểu Portal

Hình 3 3 Thêm thiết bị mới vào đề án kiểu Project

Chèn một CPU vào đề án chúng ta tạo ra cấu hình cho thiết bị bằng cách chèn một CPU vào đề án Việc lựa chọn CPU từ hộp thoại “Add new device” sẽ tạo ra thanh đỡ (rack) và CPU

Hộp thoại “Add new device” :

Hình 3 4 Hộp thoại "Add New Device"

Device view của cấu hình phần cứng :

Hình 3 5 Device view của cấu hình phần cứng

Việc lựa chọn CPU trong mục Device view sẽ hiển thị các thuộc tính của CPU trong cửa sổ kiểm tra :

Hình 3 6 Thuộc tính cài đặt IP PLC

CPU không có một địa chỉ IP được cấu hình trước Một cách thủ công, chúng ta phải gán giá trị địa chỉ IP cho CPU trong suốt việc cấu hình thiết bị Nếu CPU được kết nối đến một bộ định tuyến (router) trong mạng, chúng ta còn phải nhập vào địa chỉ IP cho router đó

3.1.1.2 NHẬN BIẾT CẤU HÌNH CỦA MỘT CPU CHƯA XÁC

ĐỊNH

Nếu được kết nối đến một CPU, chúng ta có thể tải lên cấu hình của CPU đó đến đề

án, bao gồm bất kỳ các module nào Thường là tạo ra một đề án mới và lựa chọn

“Unspecified CPU” thay vì lựa chọn một CPU xác định Chúng ta hoàn toàn có thể

bỏ qua việc cấu hình thiết bị bằng cách lựa chọn mục “Create a PLC program” từ

“First Steps” Phần mềm TIA Portal sau đó sẽ tự động tạo ra một CPU chưa được xác định

Từ trình soạn thảo chương trình, lựa chọn lệnh “Hardware detection” trong trình đơn

“Online”

Hình 3 7 Lệnh “Hardware detection” trong mục “Online”

Từ trình soạn thảo cấu hình thiết bị, lựa chọn tùy chọn cho việc phát hiện cấu hình của thiết bị được kết nối

Hình 3 8 Cấu hình của thiết bị được kết nối

Sau khi lựa chọn CPU từ hộp thoại trực tuyến, TIA Portal tải lên cấu hình phần cứng

từ CPU, bao gồm bất kỳ module nào (SM, SB hay CM) Sau đó có thể cấu hình các thông số của CPU và các module

Hình 3 9 Lựa chọn thiết bị được tìm thấy

3.1.2 CẤU HÌNH SỰ HOẠT ĐỘNG CỦA CPU

Để cấu hình các thông số vận hành của CPU, lựa chọn CPU trong phần Device view (viền xanh dương quanh CPU đó), và sử dụng thẻ “Properties” của cửa sổ kiểm tra

Hình 3 10 Các mục trong thẻ “Properties”

Chỉnh sửa các thuốc tính để cấu hình các thông số sau đây:

• Giao diện PROFINET: Thiết lập địa chỉ IP cho CPU và sự đồng bộ hóa thời gian

• DI, DO và AI: Cấu hình cách xử lý của I/O kiểu số và kiểu tương tự cục

bộ (tích hợp)

• Các bộ đếm tốc độ cao và các máy phát xung: Khởi động và cấu hình các

bộ đếm tốc độ cao (HSC) và các máy phát xung được sử dụng cho các vận hành chuỗi xung (PTO) và bộ điều chế độ rộng xung (PWM)

• Startup: Lựa chọn cách xử lý của CPU theo một sự chuyển đổi từ OFF sang ON, ví dụ như khởi động trong chế độ STOP hay chuyển sang chế

độ RUN sau một sự khởi động lại nóng

• Time of delay: Thiết lập thời gian, múi giờ và thời gian tiết kiệm ánh sáng ngày

• Protection: Thiết lập bảo vệ đọc/ghi và mật khẩu cho việc truy xuất CPU System and clock memory: Khởi động một byte của các hàm

“system memory” (đối với bit “first scan”, bit “always on” và bit

“always off”) và khởi động một byte của các chức năng “clock memory” (ở đó mỗi bit đảo chiều ON và OFF tại một tần số được xác định trước)

• Cycle time: Xác định thời gian chu kỳ tối đa hay một thời gian chu kỳ tối thiểu không đổi

• Communication load: Định vị một tỷ lệ phần trăm của thời gian CPU để chuyên dụng cho các nhiệm vụ truyền thông

3.1.3 THÊM CÁC MODULE VÀO CẤU HÌNH

Sử dụng danh mục phần cứng để thêm các module vào CPU Có 3 kiểu module:

• Các module tín hiệu (SM): Cung cấp các điểm I/O bổ sung kiểu số hay kiểu tương tự Các module này được kết nối bên phải CPU

• Bảng tín hiệu (SB): Cung cấp chỉ một vài điểm I/O bổ sung cho CPU

SB được lắp đặt ở mặt trước của CPU

• Các module truyền thông (CM): Cung cấp một cổng truyền thông bổ sung (RS232 hay RS485) cho CPU Các module này được kết nối bên trái CPU

Để chèn một module vào trong cấu hình phần cứng, lựa chọn module trong danh mục phần cứng và nhấp đôi chuột hay kéo module đó đến khe được tô sáng

SB

CM

3.1.4 CẤU HÌNH MỘT ĐỊA CHỈ IP TRONG ĐỀ ÁN

CPU S7-1200 có một cổng PROFINET được tích hợp, hỗ trợ cả tiêu chuẩn truyền

thông Ethernet và dựa trên TCP/IP Các giao thức ứng dụng sau đây được hỗ trợ bởi CPU 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 TIA Portal, 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 sử dụng PROFINET:

• Kết nối trực tiếp: Sử dụng kết nối trực tiếp khi ta đang sử dụng một thiết

bị lập trình, HMI hay một CPU khác được kết nối đến một CPU riêng lẻ

• Kết nối mạng: Sử dụng các truyền thông mạng khi ta đang kết nối với hơn hai thiết bị (ví dụ các CPU, HMI, các thiết bị lập trình, và các thiết

bị không phải của Siemens)

3.1.4.1 GÁN MỘT ĐỊA CHỈ IP TRỰC TUYẾN

Ta có thể gán một địa chỉ IP cho một thiết bị trong mạng một cách trực tuyến Điều

Gán một địa chỉ IP theo cách trực tuyến:

Trong “Project tree”, kiểm chứng rằng không có địa chỉ IP nào được gán đến PLC, với các lựa chọn trong trình đơn sau đây:

- “Online access”

- <Card mạng đang kết nối với PLC>

“Updates accessible devices”

Như hình bên dưới :

Hình 3 11 Kiểm tra PLC không có IP

Trong “Project tree”, thực hiện các lựa chọn trong trình đơn sau đây:

- “Online access”

- < Card mạng đang kết nối với PLC >

- “Updates accessible devices”

- <địa chi thiết bị> “Online & diagnostics”

Hình 3 12 Online & diagnostics PLC

Trong hộp thoại “Online & diagnostics”, thực hiện các lựa chọn trong trình đơn sau đây:

- “Functions”

- “Assign IP address”

Hình 3 13 Hộp thoại “Online & diagnostics "

Trong trường “IP address”, nhập vào địa chỉ IP mới

• Trong “Project tree”, kiểm nghiệm

• rằng địa chỉ IP mới đã được gán đến

3.1.4.2 CẤU HÌNH GIAO DIỆN PROFINET

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 cây trên CPU để lựa chọn cổng PROFINET Thẻ “Properties” trong cửa sổ kiểm tra sẽ hiển thị cổng PROFINET