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

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) Đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT BẰNG PLC S7-1200 THÔNG QUA MẠNG INTERNET Giáo viên hướng dẫn: TH.S.NGUYỄN HOÀI BÃO Sinh viên thực hiện: TRẦN SỸ TUẤN Mã số sinh viên: 56135030 Khánh Hòa, tháng năm 2018 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) Đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT BẰNG PLC S7-1200 THÔNG QUA MẠNG INTERNET Giáo viên hướng dẫn: TH.S.NGUYỄN HOÀI BÃO Sinh viên thực hiện: TRẦN SỸ TUẤN Mã số sinh viên: 56135030 Khánh Hịa, tháng năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng Các số liệu sử dụng phân tích luận án có nguồn gốc rõ ràng, công bố theo quy định Các kết nghiên cứu luận án tơi tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Việt Nam Các kết chưa công bố nghiên cứu khác i LỜI CẢM ƠN Kính thưa: - Ban giám hiệu trường Đại Học Nha Trang - Thầy cô môn khoa Điện – Điện tử Trải qua thời gian năm học tập, bảo dạy dỗ tận tình thầy khoa thầy cô trường giúp chúng em tích lũy kiến thức tảng quý báu để có hành trang vững trước hịa nhập với xã hội Lời em xin gửi lời cảm ơn tới thầy T.S Nhữ Khải Hoàn - Trưởng khoa Điện – Điện tử tạo điều kiện cho phép em thực đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Nguyễn Hồi Bão tận tình bảo giúp đỡ để em hồn thành tơt đồ án Em xin chân thành cảm ơn tất thầy cô khoa Điện – Điện tử bảo nhiệt tình cho chúng em suốt thời gian qua Tiếp theo xin cám ơn đến bạn Phạm Hồng Lân, Phạm Hữu Thạo nhiệt tình giúp đỡ bạn suốt thời gian làm đồ án Trong q trình thực đề tài, ngồi vận dụng kiến thức khả em cịn tìm hiểu thực tế tham quan số công ty điện tử chuyên Smart home Nha Trang tham khảo ý kiến đóng góp cơng ty với lời khuyên chân thành từ người xung quanh để hoàn thiện đồ án cách tốt Mặc dù khơng thể tránh khỏi sai sót mong q thầy bạn đọc góp ý để đồ án ngày hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Nha Trang, tháng năm 2018 Sinh viên thực Trần Sỹ Tuấn ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án thiết kế thi cơng mơ hình nhà thơng minh điều khiển giám sát PLC S7-1200 thông qua mạng Internet gồm chương : Chương : tổng quan nhà thông minh thực tế để áp dụng làm mơ hình Chương ,chương : sở lý thuyết sử dụng S7-1200 Chương : phương pháp dùng S7-1200 điều khiển qua mạng LAN,WEB SEVER Chương : mơ hình làm thực tế điều khiển giám sát mơ hình PLC S7-1200 qua mạng internet Chương : kết luận sau làm đồ án điều làm chưa làm đồ án iii 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 Lý chọn đề tài xii Mục tiêu nghiên cứu xii Đối tượng phạm vi nghiên cứu xiii Phương pháp nghiên cứu xiii Nội dung đồ án xiii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH 1 Giới thiệu số nhà thông minh CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200 2.1 Giới thiệu chung 2.2 Đặc điểm điều khiển lập trình 2.3 Giới thiệu plc s7-1200 2.3.1 Tổng quan plc s7-1200 2.3.2 Các bảng tín hiệu 12 3.3 Các module tín hiệu 13 2.3.4 Các module truyền thông 13 CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL 15 3.1 Tổng quan phần mềm tia portal [1] 15 3.1.1 Tạo cấu hình thiết bị, thêm thiết bị vào đề án 16 3.1.1.1 Thêm thiết bị vào đề án 16 kiểu xem portal, chọn “device & 16 3.1.1.2 Nhận biết cấu hình cpu chưa xác định 18 3.1.2 Cấu hình hoạt động cpu 20 3.1.3 Thêm module vào cấu hình 21 3.1.4 Cấu hình địa ip đề án 22 3.1.4.1 Gán địa ip trực tuyến 22 iv 3.1.4.2 Cấu hình giao diện profinet 25 3.1.6 Tải chương trình xuống cpu 27 3.1.7 Giám sát thực 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 – function 32 3.3 Tập lệnh lập trình 33 3.3.1 Bit logic 33 3.3.2 Sử dụng 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 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 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 Các lệnh awp 50 4.2.4.1 Đọc biến từ plc 50 v 4.2.4.2 Ghi biến xuống plc 51 4.2.4.3 Đọc biến đặc biệt 52 4.2.4.4 Ghi biến đặc biệt 53 4.2.4.5 Sử dụng bí danh cho biến tham khảo 54 4.2.4.6 Xác định enum 55 4.2.5 Cấu hình trang web tự định nghĩa 55 4.2.6 Lập trình để kích hoạt trang web tự định nghĩa: 56 4.3 Truy cập web server 57 4.3.1 Truy suất web server 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 mạng internet 58 4.4.1.1 Kết nối thiết bị xây dựng hệ thống liên kết ví dụ 58 4.4.1.2 Thực 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 : LẬP TRÌNH VÀ ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH QUA INTERNET 65 5.1 mơ hình nhà thơng minh 65 5.1.1 Hệ thống thông minh lắp đặt mơ hình 65 5.1.1.1 Cửa,rèm tự động 66 5.1.1.2 Chống trộm 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 mô hình 85 5.4 Quy ước gắn tag 86 5.5 Chương trình điều khiển plc 86 5.6 Mã lập trình wed 89 CHƯƠNG : KẾT LUẬN 97 Những điều đạt hoàn thành đồ án 97 Những điều chưa làm 97 Tài liệu tham khảo 98 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 : Nhà thơng minh thực tế Hình 1.2 : Ảnh minh họa Hình 1.3 : Ảnh minh họa Hình 1.4 : Ảnh minh họa Hình 1.5 : Ảnh minh họa Hình 1.6 : Ảnh minh họa Hình 1.7 : Ảnh minh họa Hình 1.8 : Ảnh minh họa Hình 1.9 : Ảnh minh họa Hình 1.10 : Ảnh minh họa Hình 1.11 : Ảnh minh họa 10 Hình Thành phần PLC S7-1200 10 Hình 2 Các bảng tín hiệu PLC S7-1200 13 Hình Các module tín hiệu PLC S7-1200 13 Hình Các module truyền thông PLC S7-1200 14 Hình Kết cấu làm việc với TIA 15 Hình Thêm thiết bị kiểu Portal 16 Hình 3 Thêm thiết bị vào đề án kiểu Project 16 Hình Hộp thoại "Add New Device" 17 Hình Device view cấu hình phần cứng 17 Hình Thuộc tính cài đặt IP PLC 18 vii Hình Lệnh “Hardware detection” mục “Online” 19 Hình Cấu hình thiết bị kết nối 19 Hình Lựa chọn thiết bị tìm thấy 19 Hình 10 Các mục thẻ “Properties” 20 Hình 11 Kiểm tra PLC khơng có IP 23 Hình 12 Online & diagnostics PLC 23 Hình 13 Hộp thoại “Online & diagnostics" 24 Hình 14 Nhập IP PLC 24 Hình 15 Kiểm chứng lại IP PLC 25 Hình 16 Cổng Profinet PLC S7-1200 25 Hình 17 Bảng cấu hình cài đặt IP cho PLC S7-1200 TIA Portal 26 Hình 18 Cài đặt mật PLC 26 Hình 19 Tải chương trình xuống PLC 28 Hình 20 Hiển thị kết nối với PLC 28 Hình 21 Kết thúc qua trình tải xuống 29 Hình 22 Giám sát chương trình qua Monitor 29 Hình 23 Bật giám sát chương trình Monitor 30 Hình 24 Cấu trúc lập trình 30 Hình 25 Tạo khối mã TIA Portal 31 Hình 26 Chèn OB vào chương trình 31 Hình 27 Lệnh định tỷ lệ 38 Hình 28 Lệnh Write System Time 40 Hình 29 Lệnh Read System Time 40 Hình Giao diện Web chuẩn 42 Hình Hình Logging in 43 viii } if (data_count == Password_Lenght - 1) // số mảng với số lượng ký tự mong đợi, so sánh liệu với tổng thể { if (!strcmp(Data, Master)) // equal to (strcmp(Data, Master) == 0) { lcd.clear(); ServoOpen(); lcd.print(" Door is Open"); door = 0; } else { lcd.clear(); lcd.print(" Wrong Password"); delay(1000); door = 1; } clearData(); } } 5.2 SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC 84 Đầu vô giống công tác Nguồn nuôi Đầu điều khiển Âm chung Hình 14 Sơ đồ kết phần cứng PLC 5.3 NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG MƠ HÌNH Từ máy tính điện thoại có WiFi 3G vào WEB để điều khiển giám sát thiết bị nhà Ở nơi cần nhấn nút để bật tắt thiết bị, ta nhấn ON từ WEB gửi lệnh xuống “1” PLC hiểu là bật thiết bị “0” tắt thiết bị, Ví Dụ cụ thể bật đèn phịng khách : Hình 5.15 : Bật đèn phịng khách 85 Giải thích : Khi ấn “ON” WEB điều khiển từ WEB gửi lệnh xuống PLC “BATPK =1” (như hình 5.15) tức nút nhấn thường mở M0.0 có điện đèn Q0.0 có điện sáng Tương tự với thiết bị khác 5.4 QUY ƯỚC VÀ GẮN TAG Q0.0: Đèn phòng khách Q0.1: Đèn phòng ngủ Q0.2: Đèn nhà bếp Q0.3,Q0.4: Mở,đóng cửa nhà Q0.5,Q0.6 : Mở,đóng rèm cửa Gắn Tag code PLC : Hình 16 Danh sách tag gắn PLC 5.5 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC Network1 khối lệnh WWW : 86 Network2 Điều khiển tắt mở đèn phòng khách Khi ấn bật đèn phòng khách M0.0 có điện đèn Q0.0 có điện sáng Ngược lại tắt Network3 Điều khiển tắt mở đèn phịng ngủ Khi ấn bật đèn phịng khách M0.1 có điện đèn Q0.1 có điện sáng Ngược lại tắt Network4 Điều khiển tắt mở đèn nhà bếp 87 Khi ấn bật đèn phịng khách M0.2 có điện đèn Q0.2 có điện sáng Ngược lại tắt Network điều khiển mở cửa nhà dùng timer Khi ấn mở cửa M0.3 có điện cấp điện cho Q0.3 để động quay thuận mở cửa, đồng thời timer1 chạy sau 3s cửa mở hết cơng tắc thường đóng M0.4 mở ngắt điện động ngừng quay Netword điều khiển đóng cửa nhà dùng timer Khi ấn đóng cửa M0.5 có điện cấp điện cho Q0.4 để động quay nghịch đóng cửa, đồng thời timer2 chạy sau 3s cửa đóng hồn tồn cơng tắc thường đóng M0.6 mở ngắt điện động ngừng quay Network điều khiển mở rèm cửa dùng timer 88 Khi ấn mở rèm M1.0 có điện cấp điện cho Q0.5 để động quay thuận kéo rèm lên , đồng thời timer3 chạy sau 3s rèm kéo lên hết công tắc thường đóng M1,1 mở ngắt điện động ngừng quay Network điều khiển mở rèm cửa dùng timer Khi ấn đóng rèm M1.2 có điện cấp điện cho Q0.6 để động quay nghịch kéo rèm xuống, đồng thời timer4 chạy sau 3s cửa mở hết cơng tắc thường đóng M1.3 mở ngắt điện động ngừng quay 5.6 MÃ LẬP TRÌNH WED - Xác định loại tài liệu - Khai báo biến tag liên kết PLC vs trang wed 89 - Định nghĩa trang HTML Khai báo thư viện BOOTSTRAP CCS để trang trí làm WEB đẹp LVTN LVTN