Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển giám sát trên Web-pages

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI THIÊN KHƯƠNG TÙNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRÊN WEB-PAGES CHO HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI VÀ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI THIÊN KHƯƠNG TÙNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRÊN WEB-PAGES CHO HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI VÀ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS VŨ MINH QUANG HÀ NỘI, NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực hiện trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Thiên Khương Tùng i LỜI CẢM ƠN Thực tế chứng rằng, “khơng có thành cơng mà không gắn liền với trỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu học lớp Cao học trường Đại học Thủy Lợi đến nay, em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ quý Thầy Cô, gia đình, bạn bè đồng nghiệp Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô Khoa Năng Lượng, Khoa Đào tạo sau Đại học, Viện Đào tạo Khoa học ứng dụng Miền Trung – Trường Đại học Thủy Lợi, với chúng em suốt thời gian học tập trường Và đặc biệt, cảm ơn gia đình, vợ yêu quý tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành khóa học Em xin chân thành cảm ơn thầy TS Vũ Minh Quang tận tâm hướng dẫn qua buổi học lớp buổi nói chuyện, thảo luận lĩnh vực liên quan đến đề tài cảm ơn thầy PGS Lê Công Thành tạo điều kiện thuật lợi cho lớp chúng em hồn thành khóa học Bước đầu vào thực hiện luận văn, tìm hiểu lĩnh vực tự động hóa, với kiến thức cịn hạn chế cịn nhiều bỡ ngỡ Do vậy, khơng tránh khỏi thiếu sót điều chắn chắn, em mong nhận ý kiến đóng góp q Thầy Cơ bạn học lớp để kiến thức em lĩnh vực hoàn thiện hợn Sau cùng, em xin kính chúc q Thầy Cơ Khoa Năng Lượng Thầy TS Vũ Minh Quang thật dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Trân trọng ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU x DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xi CHƯƠNG PHẨM TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VÀ ĐÓNG GÓI SẢN 1.1 Hệ thống phân loại sản phẩm 1.2 Hệ thống đóng gói sản phẩm 1.3 Hệ thống phân loại đóng gói sản phẩm thực hiện luận văn Khâu phân loại sản phẩm .9 Khâu đóng gói sản phẩm: 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN PLC S7 – 1200 [1] 14 2.1 Giới thiệu chung PLC 14 2.2 Tổng quan Bộ điều khiển PLC S7 – 1200 .16 Giới thiệu chung PLC S7 – 1200 17 Phân loại module mở rộng 18 Kết nối PLC 21 Phân tích lựa chọn PLC thực hiện Luận văn 25 CHƯƠNG 3.1 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN [2] .29 Các bước tạo dự án .29 Khởi tạo ban đầu 29 TAG PLC/ TAG local .32 3.2 Phần mềm mô 33 Giới thiệu chương trình mô PLCSIM 33 Mô chương trình hệ thống 35 3.3 Cài đặt cấu hình truyền thông 38 3.3.1 Truyền thơng với thiết bị lập trình .38 3.3.2 Kiểm tra mạng PROFINET 42 3.4 Viết chương trình điều khiển .43 3.4.1 Lưu đồ lập trình 43 Chương trình lập trình PLC S7-1200 45 iii CHƯƠNG THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT HMI [3] 47 4.1 Giới thiệu giao diện giám sát HMI 47 4.2 Giới thiệu Wincc Professional .51 Thao tác khởi tạo 51 Thiết kế giao diện: 55 4.3 Xây dựng giao diện điều khiển hệ thống: 57 CHƯƠNG ỨNG DỤNG WEBSERVER VỚI PLC S7-1200 59 5.1 Giới thiệu ứng Webserver với PLC S7-1200 [4] .59 5.2 Trang Web tiêu chuẩn 61 Trang Introduction: 62 Trang Start 62 Trang Identification 63 Trang Diagnostic Buuffer 63 Trang Module Information 64 Trang Communication 65 Trang Variable Status 66 Trang Data Logs 67 Trang Update Firmware .67 5.3 Xây dựng trang Web [5] 68 Các bước để tạo trang User-defined Web HTML 68 Các lệnh AWP hỗ trợ cho Web sever S7-1200 69 Cấu trúc chung .69 Các lệnh AWP 69 5.4 Cấu hình trang web thiết kế 75 5.5 Download lập trình để kích hoạt trang Web thiết kế .76 5.6 Truy cập Web Server .80 5.6.1 Truy cập Web Server mạng LAN 80 5.6.2 Truy suất Web Server mạng WAN 80 CHƯƠNG MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN 82 6.1 Mơ chương trình hệ thống 82 6.2 Mô giao diện HMI 84 iv 6.3 Giao diện Web_Pages 85 Kết luận 88 Tài liệu tham khảo 89 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Mơ hình đoạn cuối đóng gói sản phẩm Hình 1.2: Hệ thống phân loại đóng gói sản phẩm Hình 1.3: Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm .10 Hình 1.4: Khâu đóng gói sản phẩm 12 Hình 2.1: Cấu trúc PLC .16 Hình 2.2: Hình dạng bên ngoai S7 – 1200 module mở rộng 17 Hình 2.3: Hình dạng mơđun 20 Hình 2.4: Thiết bị lập trình kết nối đến CPU S7-1200 22 Hình 2.5: HMI kết nối đến CPU S7-1200 22 Hình 2.6: Một CPU S7-1200 kết nối đến CPU S7-1200 khác 22 Hình 2.7: Thiết lập cấu hình mạng .23 Hình 2.8: Kết nối mạng LAN .24 Hình 2.9: Kết nối PLC thông qua Internet 25 Hình 2.10: Cài đặt địa IP cho PLC 25 Hình 3.1: Biểu tượng chương trình TIA Porat V13 29 Hình 3.2: Cửa sổ khởi động chương trình 29 Hình 3.3: Tạo dự án (project) TIA porat V13 29 Hình 3.4: Khởi tạo bước đầu (First step) TIA porat V13 .30 Hình 3.5: Chọn thiết bị TIA porat V13 30 Hình 3.6: Cửa sổ định dạng TIA porat V13 31 Hình 3.7: Thiết bị module TIA porat V13 .31 Hình 3.8: Khai báo biến TIA porat V13 32 Hình 3.9: Biểu tượng chương trình………………………………………………… 33 Hình 3.10: Cửa sổ chương trình PLCSIM .33 Hình 3.11: Kết nối với PLCSIM 34 Hình 3.12: Tải chương trình 34 Hình 3.13: Ví dụ thêm biến mơ 35 Hình 3.14: Tải chương trình xuống PLC 35 Hình 3.15: Chọn kết nối 36 vi Hình 3.16: Khởi động tất mơ đun .36 Hình 3.17: Chọn kết nối trực tuyến 37 Hình 3.18: Cho phép giám sát .37 Hình 3.19: Sửa đổi tiếp điểm 38 Hình 3.20: Chương trình chạy trực tuyến 38 Hình 3.21: Truyền thơng với thiết bị lập trình 39 Hình 3.22: Kết nối cáp Ethernet vào cổng PROFINET .39 Hình 3.23: Kết nối cáp Ethernet đến thiết bị lập trình 39 Hình 3.24: Kiểm tra IP thiết bị lập trình 41 Hình 3.25: Gán địa IP đến thiết bị cách trực tuyến 42 Hình 3.26: Kiểm tra thiệt bị mạng dược kết nối 43 Hình 3.27: Lưu đồ lập trình hệ thống phân loại đóng gói sản phẩm 44 Hình 3.28: Chương trình PLC hệ thống phân loại đóng gói sản phẩm 46 Hình 4.1: Cấu trúc hệ thống SCADA 49 Hình 4.2: Lựa chọn thiết bị Cửa sổ thiết đặt nhanh hiện ra: 51 Hình 4.3: Tạo kết nối với PLC .52 Hình 4.4: Chọn màu chọn chức khác .52 Hình 4.5: Cài đặt hình hiển thị 53 Hình 4.6: Tạo hình hiện thị .53 Hình 4.7: Nút lựa chọn hệ thống 54 Hình 4.8: Cửa sổ thiết kế HMI .54 Hình 4.9: Màn hình trống HMI (TP1500 Comfort) 55 Hình 4.10: Tạo nút nhấn dán biến cho nút nhấn 55 Hình 4.11: Chọn “Circle” để hiện thị tín hiệu đầu cho tải 56 Hình 4.12: Gán biến hiện thị đầu tải .56 Hình 4.13: Thay đổi màu hiện thị .57 Hình 4.14: Tạo biểu tượng hệ thống 57 Hình 4.15: Giao diện điều khiển giám sát luận văn 58 Hình 5.1: Cơ chế truy cập Web Server qua Internet .59 Hình 5.2: Cấu trúc Web Server 60 Hình 5.3: Kích hoạt trang Webpages tiêu chuẩn .61 vii Hình 5.4: Kích hoạt Web sever .61 Hình 5.5: Kích hoạt Web sever (tiếp) 61 Hình 5.6: Đăng nhập vào PLC S7-1200 62 Hình 5.7: Trang khởi đầu 62 Hình 5.8: Thơng số PLC 63 Hình 5.9: Thơng tin làm việc PLC 64 Hình 5.10: Thông tin module Information PLC 64 Hình 5.11: Thơng số truyền thơng PLC 65 Hình 5.12: Thống kê liệu truyền thơng PLC 65 Hình 5.13: Trạng thái biến Giới hạn trang trạng thái biến 66 Hình 5.14: Lưu trữ liệu Web .67 Hình 5.15: Trang cập nhật firmware PLC 67 Hình 5.16: Mơ hình đọc gửi liệu qua Web Server 68 Hình 5.17: Input Target Level 71 Hình 5.18: Submit setting 71 Hình 5.19: Cấu hình cho Web server 76 Hình 5.20: Chọn đường dẫn chứa file HTML 77 Hình 5.21 Chọn đường dẫn chứa file HTML (tiếp) .77 Hình 5.22: Chọn Generate blocks 78 Hình 5.23: Giá trị Web DB number .78 Hình 5.24: Mở khối OB1 78 Hình 5.25: Chọn mục Web page 79 Hình 5.26: Kéo WWW vào OB1 .79 Hình 5.27: Khối lệnh WWW 79 Hình 5.28: Chương trình minh họa WWW 79 Hình 5.29: Sơ đồ liên kết mạng LAN 80 Hình 5.30: Sơ đồ liên kết mạng WAN 81 Hình 6.1: Chương trình PLC cho hệ thống 83 Hình 6.2: Màn hình HMI điều khiển giám sát hệ thống .84 Hình 6.3: Khởi động hệ thống 84 Hình 6.4: Nhập số lượng sản phẩm vào hệ thống 84 viii Ví dụ: Nam=”SERVES:current_user_id’ < AWP_In_Variable Use=”Data_Block_10” server_user” > Trong tên biến đặc biệt 'SERVER:current_user_id' ghi vào Tag “server_user” khối liệu "Data_Block_10" 5.3.4.6 Xác định loại enum Cấu trúc: Các tham số: Bảng 10: Các tham số xác định loại enum - Tên kiểu liệt kê, đặt dấu nháy đơn dấu nháy kép : Constant : dãy giá trị liên tục cho việc phân loại enum, dãy khơng có giới hạn Name : giá trị gán cho phần tử enum Ví dụ: 5.4 Cấu hình trang web thiết kế Để cấu hình trang web tự định nghĩa từ TIA, gồm bước sau: Chọn loại CPU (1214c) giao diện thiết bị Kích hoạt cho phép “Web server” hoạt động 75 Kích hoạt cho phép trang “User-defined Web pages” Hình 5.19: Cấu hình cho Web server - Di chuyển thư mục chứa trang web tự định nghĩa vào thư mục TIA Sau chương trình TIA, đường dẫn đến thư mục chứa trang web tự định nghĩa - Trong phần Default HTML page trang web tự định nghĩa - Đặt tên cho web tự định nghĩa phần Application name - Cuối chọn Generate blocks để chương trình tạo khối DB - Trong phần Advanced bao gồm định dạng loại trang web thông thường là: htm: html, js giá trị BD bắt đầu kết thúc web - Có thể xóa khối DB vừa tạo nút Delete blocks - Download xuống PLC s7-1200 5.5 Download lập trình để kích hoạt trang Web thiết kế Tại mục User-defined webpage, click chọn đường dẫn đến thư mục chứa file HTML mà bạn vừa tạo sau: 76 Hình 5.20: Chọn đường dẫn chứa file HTML Sau xác định file HTML mở mục Default HTML Page Hình 5.21 Chọn đường dẫn chứa file HTML (tiếp) Sau ta click vào mút Generate blocks để TIA Portal tiến hành đóng gói liệu web thành Datablock 77 Hình 5.22: Chọn Generate blocks Ta cần ý vào mục Web DB number, sau click OK đề hồn thành khai báo Userdefined webpage Hình 5.23: Giá trị Web DB number Ta mở khối OB1 có chương trình lập trình cho hệ thống Hình 5.24: Mở khối OB1 78 Tại mục Communication bên phải, ta click chọn mục Web server Hình 5.25: Chọn mục Web page Kéo thả khối WWW vào OB1 Hình 5.26: Kéo WWW vào OB1 Để trang web tự định nghĩa hoạt động hiện lên trang web chuẩn PLC s7-1200 bắt buộc phải lập trình khối liệu trang chương trình TIA Khai báo thơng số cho khối WWW hình, ý giá trị chân CTRL_DB giá trị ô Web DB number Hình 5.27: Khối lệnh WWW Chương trình minh họa: Hình 5.28: Chương trình minh họa WWW 79 - Ngõ vào CTRL_DB cho biết giá trị bắt đầu khối BD - Ngõ RET_VAL giá trị trả 5.6 Truy cập Web Server 5.6.1 Truy cập Web Server mạng LAN Để truy cập vào Web Server PLC mạng LAN PLC với địa IP tĩnh sẽ kết nối vào Router có nhiều cổng kết nối Các máy tính cần sử dụng Web Server để điều khiển PLC sẽ kết nối vào chung Router sử dụng trình duyệt nhập địa IP PLC để vào Web Server PLC Ví dụ: IP PLC 192.168.1.2 Hình 5.29: Sơ đồ liên kết mạng LAN 5.6.2 Truy suất Web Server mạng WAN Để truy cập Web Server PLC từ mạng (internet) IP PLC phải gán vào Router Internet mở cổng cho địa IP Router Máy tính từ mạng nhập địa IP tĩnh Router cổng sẽ truy cập vào Web Server PLC Ví dụ: IP PLC: 192.168.1.2 80 IP PLC gán vào Router mở cổng: 192.168.1.2 cổng 80 (cổng http) IP tĩnh Router Internet (IP router internet): 42.119.229.13 Vậy địa nhập vào trình duyệt máy tính truy cập Web Server PLC từ mạng internet: 42.119.229.13:80 Máy tính sẽ theo địa IP tĩnh Router truy cập đến Router vào cổng 80 router để vào thẳng địa 192.168.1.2 trang Web Server PLC hiện Hình 5.30: Sơ đồ liên kết mạng WAN 81 CHƯƠNG MƠ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN 6.1 Mơ phỏng chương trình hệ thống Khởi tạo hệ thống Băng tải hoạt động Băng tải hoạt động Băng tải hoạt động Đẩy sản phẩm băng tải 82 Đẩy sản phẩm cao sang băng tải đóng gói Đẩy sản phẩm trung bình sang băng tải đóng gói Đếm sản phẩm cao Đếm sản phẩm trung bình Hình 6.1: Chương trình PLC cho hệ thống 83 6.2 Mơ phỏng giao diện HMI Hình 6.2: Màn hình HMI điều khiển giám sát hệ thống Hình 6.3: Khởi động hệ thống Hình 6.4: Nhập số lượng sản phẩm vào hệ thống 84 Hình 6.5: Phân loại sản phẩm cao cho hệ thống Hình 6.6: Đếm sản phẩm cao hệ thống 6.3 Giao diện Web_Pages Trang Web_Pages có trang + Trang HOME + Trang CONTROL + Trang HELP 85 Hình 6.7: Trang HOME hệ thống Hình 6.8: Trang HELP hệ thống 86 Hình 6.9: Trang CONTROL hệ thống Hình 6.10: Mơ hình thực tế dây chuyền phân loại sản phẩm phịng thí nghiệm 87 Kết luận Sau tháng nỗ lực tác giả hoàn thành nhiệm vụ giao Về tác giả giải vấn đề đặt nội dung hình thức Mặc dầu, tác giả tìm hiểu phần cứng phần mềm lập trình TIA Portal V13 SP1, nắm bắt lệnh phần mềm TIA Portal V13 SP1 việc ứng dụng điều khiển, giám sát tác giả có nhiều cố gắng tìm tịi nghiên cứu, nhiên đề tài có số mặt hạn chế cần phát triển tiếp Sau nghiên cứa đề tài tác giả rút ý sau: - Tìm hiểu dây chuyền phân loại đóng gói sản phẩm theo kích thước - Nghiên cứu cấu trúc cách lập trình PLC S7 – 1200 WinCC - Lập trình ngơn ngữ LADER Tia Portal để điều khiển giám sát dây chuyền phân loại đóng gói sản phẩm - Thiết kế giao diện điều khiển qua HMI mô HMI được, có trạng thái tác động trực quan - Thiết kế giao diện Web ngôn ngữ HTML, trang Web đơn giản sinh động, dễ nhìn - Xây dựng mơ hình dây chuyền phân loại sản phẩm thực tế đạt kết tốt 88 Tài liệu tham khảo [1] Q M Vũ, Điều khiển Logic lập trình - ĐH Thủy Lợi, 2014 [2] SIEMENS, S7-1200 Programmable Controller Syrtem Manual [3] SIEMENS, S7-1200 Web server, 2012 [4] "www.w3schools.com," [Online] [5] SIEMENS, Simatic S7-1200 System Manual, 2011 [6] Q M Vũ, Bài giảng "Hệ thống Điều khiển giám sát công nghiệp" cho học viên cao học bô môn kĩ thuật điện - ĐH Thủy Lợi, 2016 89 ... với PLC S7-1200 qua mạng Ethernet Từ ta xây dựng theo đề tài chọn ? ?Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-1200 Điều khiển giám sát Web-Pages cho hệ thống dây chuyền phân loại đóng gói sản phẩm” Đề tài nghiên. .. cận phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết mơ hình hóa hệ thống điều khiển giám sát qua mạng internet Nghiên cứu giải pháp kết nối từ xa đến hệ thống giám sát điều khiển từ hình HMI Thực... TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI THIÊN KHƯƠNG TÙNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRÊN WEB-PAGES CHO HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI VÀ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM Chuyên