Nghiên cứu ứng dụng module cp1242 7 của siemens trong truyền thông công nghiệp bằng gprs

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRẦN THỊ THU HẰNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MODULE CP1242 -7 CỦA SIEMENS TRONG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP BẰNG GPRS LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - Năm 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRẦN THỊ THU HẰNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MODULE CP1242 -7 CỦA SIEMENS TRONG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP BẰNG GPRS Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã ngành: 605 202 16 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : P.GS.TS Nguyễn Đức Khoát Hà Nội - Năm 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên c ứu riêng tơi Những nội dung trình bày luận văn thân tơi thực Các số liệu tính toán luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2014 Người thực đề tài Trần Thị Thu Hằng MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .1 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU .8 CHƯƠNG I MẠNG KHÔNG DÂY GPRS VÀ MODULE CP1242-7 12 1.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY VÀ DỊCH VỤ GPRS 12 1.1.1 Đặc điểm công nghệ GSM 12 1.1.2Cấu trúc mạng GSM 13 1.1.3 Dịch vụ GPRS 15 1.2ĐỊA CHỈ IP VÀ TÊN MIỀN 20 1.2.1Địa IP tĩnh tên miền 20 1.2.2 Dịch vụ No-IP để tạo tên miền miễn phí 21 1.3MODULE CP1242-7 21 1.3.1Ứng dụng thuộc tính 21 1.3.2Các chế độ đèn LED cách kết nối 23 CHƯƠNG II CÁC THIẾT BỊ VÀ PHẦN MỀM SỬ DỤNG 27 2.1 BÀI TOÁN TỔNG QUÁT 27 2.1.1 Bài toán 27 2.1.2 Tổng quan giải pháp 28 2.1.3 Tổng hợp phần cứng phần mềm sử dụng 29 2.1.4 Tổng quan sở kết nối 46 2.1.5 Tổng quan chế độ TeleServer việc truyền thông GPRS 49 2.2THIẾT LẬP VÀ QUẢN LÝ TRẠM TỪ XA 50 2.2.1 Làm việc với trạm PLC 50 2.2.2 Thiết lập địa IP nội Trạm trung tâm 53 2.2.3 Cấu hình Router 56 2.2.4 Cấu hình Module CP1242-7 Simatic Step7 58 2.2.5 Cài đặt thông số cho phần mềm TeleControl Server Basic 62 2.2.6 Kích hoạt chế độ TeleServer 65 2.2.7 Kỹ thuật lập trình 67 CHƯƠNG IIITHIẾT KẾ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM BƠM 70 3.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ 70 3.2 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 71 3.3 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 72 3.4 CHƯƠNG TRÌNH PLC 72 3.5 GIAO DIỆN GIÁM SÁT NGƯỜI DÙNG 74 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1: Các kí hiệu cấu trúc mạng GSM 14 Bảng 1.2: Trạng thái module 24 Bảng 1.3: Các trạng thái kết nối 24 Bảng 1.4: Trạng thái hoạt động truyền thông 24 Bảng 1.5: Bảng chi tiết trạng thái LED 25 Bảng 2.1: Thông số giao diện người dùng 43 Bảng 2.2: Thiết bị phần cứng trạm từ xa 44 Bảng 2.3: Phần mềm trạm từ xa 44 Bảng 2.4: Thiết bị phần cứng trạm trung tâm 45 Bảng 2.5: Phần mềm trạm trung tâm 45 Bảng 2.6: Dịch vụ nhà mạng 45 Bảng 2.7: Thiết bị phần cứng trạm kỹ thuật 45 Bảng 2.8: Phần mềm trạm kỹ thuật 46 Bảng 2.9: Dịch vụ nhà mạng 46 Bảng 2.10: Mô tả kết nối 48 Bảng 2.11: Mô tả kết nối (tiếp) 49 DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc mạng GSM 13 Hình 1.2: Mạng GPRS 16 Hình 1.3: Module truyền thông CP1242-7 23 Hình 2.1: Mơ hình kết nối trạm 27 Hình 2.2: Kết nối PLC với nguồn cung cấp vị trí lắp SIM 28 Hình 2.3: Cấu trúc trạm trung tâm 29 Hình 2.4: Cấu trúc trạm kỹ thuật 29 Hình 2.5: Giao diện khởi động STEP 7-Micro/Win 30 Hình 2.6: Vùng lập trình 31 Hình 2.7: Giao diện SIMATIC STEP 31 Hình 2.8: Cấu trúc hình thiết bị 32 Hình 2.9: Giao diện TIA PORTAL 33 Hình 2.10: Vùng lập trình TIA PORTAL 33 Hình 2.11: Giao diện WinCC 34 Hình 2.12: Ưu điểm TIA PORTAL so với phiên khác 34 Hình 2.13: Giao diện thiết lập PLC tags 36 Hình 2.14: Cấu trúc TIA PORTAL 37 Hình 2.15: Cấu trúc TIA PORTAL (tiếp) 37 Hình 2.16: Giao diện HMI Panel 38 Hình 2.17: Phân bố STEP WinCC V13 39 Hình 2.18: Giao diện đăng nhập vào CMT 42 Hình 2.19: Cửa số giao diện CMT 43 Hình 2.20: Các tham số cần khai báo để truyền thông 46 Hình 2.21: Các tham số cần khai báo để truyền thơng (tiếp) 49 Hình 2.22: Cấu trúc lập trình 67 Hình 3.1: Mơ hình trạm bơm 70 Hình 3.2: Mơ hình demo 70 Hình 3.3: Sơ đồ công nghệ 71 Hình 3.4: Lưu đồ thuật toán 72 Hình 3.5: Giao diện quan sát lượng nước ngưỡng cho phép 74 Hình 3.6: Giao diện quan sát lượng nước vượt ngưỡng cho phép 75 Hình 3.7: Giao diện quan sát lượng nước khoảng cho phép 75 DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc mạng GSM 13 Hình 1.2: Mạng GPRS 16 Hình 1.3: Module truyền thơng CP1242-7 23 Hình 2.1: Mơ hình kết nối trạm 27 Hình 2.2: Kết nối PLC với nguồn cung cấp vị trí lắp SIM 28 Hình 2.3: Cấu trúc trạm trung tâm 29 Hình 2.4: Cấu trúc trạm kỹ thuật 29 Hình 2.5: Giao diện khởi động STEP 7-Micro/Win 30 Hình 2.6: Vùng lập trình 31 Hình 2.7: Giao diện SIMATIC STEP 31 Hình 2.8: Cấu trúc hình thiết bị 32 Hình 2.9: Giao diện TIA PORTAL 33 Hình 2.10: Vùng lập trình TIA PORTAL 33 Hình 2.11: Giao diện WinCC 34 Hình 2.12: Ưu điểm TIA PORTAL so với phiên khác 34 Hình 2.13: Giao diện thiết lập PLC tags 36 Hình 2.14: Cấu trúc TIA PORTAL 37 Hình 2.15: Cấu trúc TIA PORTAL (tiếp) 37 Hình 2.16: Giao diện HMI Panel 38 Hình 2.17: Phân bố STEP WinCC V13 39 Hình 2.18: Giao diện đăng nhập vào CMT 42 Hình 2.19: Cửa số giao diện CMT 43 Hình 2.20: Các tham số cần khai báo để truyền thông 46 Hình 2.21: Các tham số cần khai báo để truyền thông (tiếp) 49 Hình 2.22: Cấu trúc lập trình 67 Hình 3.1: Mơ hình trạm bơm 70 Hình 3.2: Mơ hình demo 70 Hình 3.3: Sơ đồ cơng nghệ 71 Hình 3.4: Lưu đồ thuật toán 72 Hình 3.5: Giao diện quan sát lượng nước ngưỡng cho phép 74 Hình 3.6: Giao diện quan sát lượng nước vượt ngưỡng cho phép 75 Hình 3.7: Giao diện quan sát lượng nước khoảng cho phép 75 63 Bước 2:Tạo dự án Bước 3: Điền thơng số cấu hình cho trạm 64 Bước 4: Nhập thông số port Bước 5: Giả sử nhập sai mật trạm, ta kích hoạt kết nối 65 Bước 6: Kết nối thành công nhập mật 2.2.6 Kích hoạt chế độ TeleServer Bước 1: Kích hoạt chế độ Online 66 Bước 2:Nhập thông số trạm từ xa Bước 3: Trạng thái kết nối 67 2.2.7 Kỹ thuật lập trình  Vịng qt chương trình PLC thực chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp gọi vòng quét Mỗi vòng quét bắt đầu giai đoạn chuyển liệu từ cổng vào số tới vùng đệm ảo I, giai đoạn thực chương trình Trong vịng qt chương trình đư ợc thực từ lệnh đến lệnh kết thúc khối OB1.Sau giai đoạn thực chương trình giai đo ạn chuyển nội dụng đệm ảo Q tới cổng số.Vòng quét kết thúc giai đoạn truyền thông nội kiểm tra lỗi Chú ý đệm I Q không liên quan tới cổng vào / tương tự nên lệnh truy nhập cổng tương tự thực trực tiếp với cổng vật lý không thông qua đệm  Cấu trúc lập trình Hình 2.22: Cấu trúc lập trình  Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS 68 - Organization blocks (OBs): giao diện hoạt động hệ thống chương trình người dùng Chúng gọi hệ thống hoạt động điều khiển theo trình: + Xử lý chương trình theo trình + Báo động – kiểm sốt xử lý chương trình + Xử lý lỗi - Startup OB, Cycle OB, Timing Error OB Diagnosis OB: chèn lập trình khối project Khơng cần phải gán thông số cho chúng không cần gọi chúng chương trình - Process Alarm OB Time Interrupt OB: Các khối OB phải tham số hóa đưa vào chương trình Ngồi ra, q trình báo động OB gán cho kiện thời gian thực cách sử dụng lệnh ATTACH, tách biệt với lệnh DETACH - Time Delay Interrupt OB: OB ngắt thời gian trễ đưa vào dự án lập trình Ngồi ra, chúng phải gọi chương trình với lệnh SRT_DINT, tham số không cần thiết - Start Information: Khi số OB bắt đầu, hệ điều hành đọc thông tin thẩm định chương trình người dùng, điều hữu ích cho việc chẩn đốn lỗi, cho dù thơng tin đọc cung cấp mô tả khối OB  Hàm chức – FUNCTION - Funtions (FCs) khối mã không cần nhớ Dữ liệu biến tạm thời bị sau FC xử lý Các khối liệu toàn cục sử dụng để lưu trữ liệu FC - Functions sử dụng với mục đích + Trả lại giá trị cho hàm chức gọi 69 + Thực công nghệ chức năng, ví dụ: điều khiển riêng với hoạt động nhị phân + Ngồi ra, FC gọi nhiều lần thời điểm khác chương trình Điều tạo điều kiện cho lập trình chức lập lặp lại phức tạp - FB (function block): lần gọi, FB cần khu vực nhớ Khi FB gọi, Data Block (DB) gán với instance DB Dữ liệu Instance DB sau truy cập vào biến FB Các khu vực nhớ khác đư ợc gán cho FB gọi nhiều lần - DB (data block): DB thường để cung cấp nhớ cho biến liệu Có hai loại khối liệu DB: Global DBs nơi mà tất OB, FB FC đọc liệu lưu trữ, tự ghi liệu vào DB, instance DB gán cho FB định 70 CHƯƠNG III THIẾT KẾ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM BƠM 3.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ Điều khiển giám sát từ xa GPRS mực nước hệ thống xử lý nước thải, giữ cho mực nước ổn định dải min~max (m) Khi mực nước nhỏ mức min(m) bơm cấp P1 on, mực nước lớn mức max(m) bơm P3 on mực nước nằm khoảng min~max bơm P1 P3 off Hình 3.1 Mơ hình trạm bơm Hình 3.2: Mơ hình demo 71 3.2 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ Để điều khiển giám sát mực nước, ta cần sensor cảm biến mức S, chân cảm biến đấu với nguồn cung cấp, đầu vào AI0, M cổng module analog mở rộng Khi giá trị S thay đổi tương ứng có biến nhớ AIW64 (do người lập trình chọn) thay đổi Giá trị kiểm tra theo lưu đồ thuật tốn để điều khiển đóng mở bơm P1 P3 Đối với mơ hình luận văn, sử dụng biến trở 10k với nguồn cấp 5V thay cho tín hiệu thu từ cảm biến, hình 3.2 Hình 3.3: Sơ đồ cơng nghệ 3.3 LƯU ĐỒ THUẬT TỐN 72 Hình 3.4: Lưu đồ thuật tốn 3.4 CHƯƠNG TRÌNH PLC - Biến đổi từ số int sang số thực 73 -Chia cho thang (biểu diễn max cột nước 5m) -Lệnh so sánh mức cho phép (0.5m) để điều khiển bơm cấp P1 -Lệnh so sánh mức cho phép (4.5m) để điều khiển bơm thoát P3 -Lệnh so sánh giới hạn cho phép (0.5~4.5m) hai bơm không hoạt động 74 3.5 GIAO DIỆN GIÁM SÁT NGƯỜI DÙNG - Khi lượng nước mức cho phép (0.5m), cột nước biểu diễn giá trị nước đo hình dưới, đồng thời bơm cấp P1 hoạt động (màu xanh) Hình 3.5: Giao diện quan sát lượng nước ngưỡng cho phép - Khi lượng nước mức cho phép (4.5m), cột nước biểu diễn giá trị nước đo hình dư ới, đồng thời PLC điều khiển mở bơm thoát P3 75 Hình 3.6: Giao diện quan sát lượng nước vượt ngưỡng cho phép - Khi lượng nước khoảng cho phép (0.5~4.5m), cột nước biểu diễn giá trị nước đo hình dưới, đồng thời PLC điều khiển tắt bơm cấp thoát P1, P3 Hình 3.7: Giao diện quan sát lượng nước khoảng cho phép 76 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu, thực đề tài làm vấn đề sau: - Tìm hiểu cơng nghệ GPRS - Tìm hiểu module truyền thơng GPRS1242-7 Siemens - Tìm hiểu phần mềm hỗ trợ thiết lập quản lý truyền thông GPRS - Thiết lập kết nối offline trạm điều khiển trung tâm với trạm trường Do thời gian nghiên cứu hạn hẹp vấn đề truyền thông Việt Nam nên nghiên cứu khía cạnh nhỏ việc truyền thơng qua sóng điện thoại GPRS Thực tế nay, giới ứng dụng thành công kiểu truyền thông dạng này, tương lai, Việt Nam ta áp dụng rộng rãi, hẳn đem lại lợi ích khơng nhỏ cho việc phát triển cơng nghệ Việt Nam Trong đề tài này, giới thiệu tổng quan, cách thiết lập cấu hình để liên kết trạm với thơng qua sóng di động, nói việc kết nối trạm với vấn đề phức tạp việc truyền thông GPRS, hy vọng từ đây, việc truyền thông GPRS phát triển theo nhiều hướng khác nhau, lĩnh vực sống phù hợp với ứng dụng sống để giải vấn đề liên kết trạm đơn giản không gặp cố ta khơng sử dụng dây kết nối Ngồi ra, ứng dụng rõ ràng thấy hệ thống SCADA việc giám sát, thu thập liệu điều khiển trạm từ xa Từ ta thấy lợi ích rõ ràng việc truyền thơng khơng dây giảm chi phí dây, sức lao động tiền thuê nhân công Truyền thơng trạm thơng qua sóng di động GPRS áp dụng nhiều nơi, chí nơi người, trạm khí tượng thủy văn, trạm bơm, trạm đo nhiệt độ, trạm quan trắc… HƯỚNG PHÁT TRIỂN Đây vấn đề mẻ Việt Nam, vấn đề thực bước khởi đầu, cho công nghệ Qua luận văn tốt nghiệp này, mong muốn góp cơng sức vào việc phát triển vấn đề mới, tiện dụng cho công nghiệp 77 Tôi hy vọng tài liệu bổ ích để sinh viên, học viên khóa sau từ nghiên cứu tiếp để tìm ứng dụng công nghiệp bảo mật thông tin, hay triển khai dự án vùng miền xa xơi nơi nguy hiểm, có tính chất độc hại mà tham gia người cần hạn chế ... thực chọn đề tài: “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MODULE CP1242- 7 CỦA SIEMENS TRONG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP BẰNG GPRS? ??.Khi thiết kế xong đề tài này, ta đáp ứng nhu cầu truyền thông cho cơng nghiệp, giảm chi... ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRẦN THỊ THU HẰNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MODULE CP1242 -7 CỦA SIEMENS TRONG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP BẰNG GPRS Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã... hướng dẫn Trong đề tài này, tên miền theo địa chỉ: hangttt.dyndns.org 1.3 MODULE CP1242- 7 Module CP 1242 -7 thiết bị truyền thông cho PLC S7-1200 thông qua mạng GPRS .Module phát triển sử dụng môi