Ứng dụng plc siements trong điều khiển động cơ thông qua mạng truyền thông công nghiệp và web server

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ỨNG DỤNG PLC SIEMENS TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ THÔNG QUA MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP VÀ WEB SERVER SVTH: Trần Văn Thịnh MSSV: 14047651 Lớp: DHDKTD10C GVHD: Th.S Nguyễn Anh Tuấn THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2018 SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Sinh viên giao đề tài Họ tên: Trần Văn Thịnh MSSV: 14047651 Tên đề tài Ứng dụng PLC Siemens điều khiển động thông qua mạng truyền thông công nghiệp Web Server Nội dung thực ➢ Tìm hiểu khai thác tính phần mềm Simatic Step Tia Portal ➢ Tìm hiểu lý thuyết cách thức mơ q trình hoạt động dây chuyền ➢ Tìm hiểu PLC S7-300 Siemens, WinCC professional ➢ Truyền thông Profibus, Profinet trạm PLC S7-300 với ➢ Cấu hình Web Navigator Sever điều khiển mạng Lan Internet trình duyệt Internet Explore ➢ Ứng dụng mạng riêng ảo VPN để điều khiển hệ thống nơi xa khơng có đường truyền Internet Kết đạt ➢ Truyền thông Profibus trạm PLC biến tần ➢ Truyền thông Profinet trạm PLC ➢ Sử dụng WinCC Web Navigator điều khiển hệ thống ➢ Chẩn đoán giải số lỗi truyền thông mắc phải ➢ Tìm hiểu qua mạng riêng ảo VPN, ứng dụng để điều khiển hệ thống nơi đường truyền Internet mà có mạng 3G Giảng viên hướng dẫn Tp.HCM, ngày… tháng… năm…… Sinh viên i SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC CÁC BẢNG x CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1.Đặt vấn đề 1.2.Phạm vi nghiên cứu đề tài 1.3.Thời gian bước thực đề tài 1.4.Hạn chế đề tài CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PLC S7-300 VÀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP 2.1.Tổng quan PLC S7-300 2.1.1.Các Module mở rộng 2.1.2.Vùng nhớ PLC 2.1.3.Kiểu liệu định dạng PLC S7 2.1.4.Cấu trúc chương trình 2.1.4.1.Lập trình tuyến tính 2.1.4.2.Lập trình có cấu trúc 2.1.5.Vịng qt chương trình 2.2.Tổng quan mạng truyền thông công nghiệp 2.2.1.Vài nét mạng truyền thông công nghiệp 2.2.2.Một số mạng truyền thông công nghiệp 10 2.2.2.1.Mạng truyền thông AS-I 10 iii SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp 2.2.2.2.Mạng truyền thông Profibus 10 2.2.2.3.Mạng truyền thông Ethernet 11 2.2.2.4.Mạng truyền thông Modbus 12 CHƯƠNG 3:LÀM VIỆC TRÊN TIA PORTAL VỚI TÍN HIỆU ANALOG, BỘ ĐIỀU KHIỂN PID VÀ BỘ ĐẾM TỐC ĐỘ CAO 13 3.1.Làm việc với TIA Portal 13 3.1.1.Tạo Project TIA Portal 13 3.1.2.Download mô 16 3.2.Xử lý tín hiệu Analog 16 3.2.1.Tổng quan tín hiệu Analog 16 3.2.2.Tập lệnh xử dụng tín hiệu Analog 17 3.2.2.1.Lệnh SCALE 17 3.2.2.2.Lệnh UNSCALE 17 3.3.Thiết kế hệ thống điều khiển vịng kín với thuật tốn PID 18 3.3.1.Thuật toán điều khiển vịng kín PID 18 3.3.1.1.Khâu P – Proportional 18 3.3.1.2.Khâu I – Integral 19 3.3.1.3.Khâu D – Derivative 20 3.3.1.4.Bộ điều khiển PID 21 3.3.1.5.Thiết kế điều khiển PID 21 3.3.2.Thiết kế hệ thống điều khiển vịng kín với điều khiển PID CONT_C………………………………………………………………………………23 3.3.2.1.Giới thiệu điều khiển PID CONT_C 23 3.3.2.2.Sơ đồ điều khiển hoạt động CONT_C 25 3.4.Đếm phát xung tốc độ cao 26 3.4.1.Cấu tạo nguyên lý hoạt động Encoder 26 3.4.1.1.Cấu tạo Encoder 26 iv SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp 3.4.1.2.Nguyên lý hoạt động Encoder 27 3.4.1.3.Phân loại Encoder 27 3.4.2.Bộ đếm xung tốc độ cao CPU 27 3.4.2.1.Các khối hàm chức 27 3.4.2.2.Giới thiệu đếm COUNT 27 3.4.2.3.Tham số đầu vào đếm COUNT 27 3.4.2.4.Tham số đầu đếm COUNT 28 3.4.2.5.Tín hiệu đưa xung vào CPU 28 3.4.2.6.Đấu nối phần cứng 29 CHƯƠNG 4:THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN THÔNG PROFIBUS VÀ PROFINET 30 4.1.Thiết kế mạng truyền thông Profibus 30 4.1.1.Giới thiệu truyền thông Profibus DP 30 4.1.1.1.Cấu hình hệ thống 30 4.1.1.2.Các chức hỗ trợ 30 4.1.2.Đặc tính vật lý truyền thơng Profibus 30 4.1.2.1.Lắp đặt mạng 30 4.1.2.2.Khoảng cách tốc độ truyền thông 32 4.1.3.Thiết kế mạng truyền thông giao tiếp PLC 32 4.1.3.1.Giới thiệu tập lệnh 32 4.1.3.2.Cấu hình truyền thơng hai trạm PLC 34 4.1.4.Truyền thông với biến tần MM420 39 4.1.4.1.Cách thức giao tiếp PLC với biến tần 39 4.1.4.2.Cấu hình truyền thơng 43 4.1.4.3.Chương trình 46 4.1.5.Chẩn đoán lỗi mạng truyền thông Profibus 48 4.2.Thiết kế mạng truyền thông Profinet 48 v SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp 4.2.1.Giới thiệu truyền thông Profinet 48 4.2.2.Thiết kế mạng truyền thông Profinet CPU 49 4.2.2.1.Giới thiệu tập lệnh 49 4.2.2.2.Cấu hình truyền thơng cho hai trạm 51 CHƯƠNG 5: LÀM VIỆC VỚI WINCC PROFESSIONAL V13 57 5.1.Tổng quan WinCC 57 5.2.Làm việc với WinCC Professional V13 57 5.2.1.Thêm WinCC Runtime Professional 57 5.2.2.Kết nối WinCC Professional với PLC 58 5.2.2.1.Kết nối cổng MPI 58 5.2.2.2.Kết nối cổng Profinet 59 5.2.3.Tạo Screens Process 60 5.2.4.Tạo bảng liệu giao tiếp PLC với HMI tag 60 5.2.4.1.Giới thiệu Tag 60 5.2.4.2.Các bước khởi tạo tag 60 5.2.5.Thiết kế giao diện Screens với Toolbox 61 5.2.5.1.Thiết kế giao diện với Basic Objects 61 5.2.5.2.Thiết kế giao diện với Elements 62 5.2.5.3.Thiết kế giao diện với đối tượng Controls 66 5.2.5.4.Thuộc tính đối tượng 68 5.2.6.Phân quyền truy cập với administrator 69 5.3.WinCC/Web Navigator – điều khiển giám sát thông qua web 71 5.3.1.Cài đặt cấu hình HTTP Web Server IIS 72 5.3.2.Cấu hình Web Navigator 73 CHƯƠNG 6: MẠNG RIÊNG ẢO VPN (VIRTUAL PRIVATE NETWORK) 76 6.1.Giới thiệu mạng riêng ảo 76 vi SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp 6.2.Phân loại VPN 76 6.3.Phương thức hoạt động VPN 77 6.4.Giải pháp điều khiển hệ thống qua mạng riêng ảo VPN + 3G 77 6.4.1.Cấu hình VPN Lan to Lan Draytek Vigor 2925 78 6.4.2.Cấu hình VPN Lan to Lan Draytek Vigor 2912 81 6.4.3.Natport qua đường hầm VPN Draytek Vigor 2925 83 CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ MƠ HÌNH TRẠM TRUYỀN THƠNG MẠNG PROFIBUS, PROFINET VÀ GIÁM SÁT TỪ XA QUA MẠNG 3G 85 7.1.Giới thiệu hệ thống 85 7.2.Thiết kế HMI đấu dây cho hệ thống 85 7.2.1.Giao diện hình 85 7.2.2.Station 86 7.2.3.Station 87 7.2.4.Station 88 7.2.5.Station 89 7.2.6.Station – 90 7.2.7.Station 91 CHƯƠNG 8:KẾT LUẬN 93 8.1.Kết đạt 93 8.2.Đánh giá đề tài 93 8.2.1.Ưu điểm 93 8.2.2.Nhược điểm 93 8.2.3.Hướng phát triển 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 LỜI CÁM ƠN 95 PHỤ LỤC 96 vii SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1: PLC S7-300 Siemens Hình 2.2: Các ví dụ Module mở rộng PLC S7-300 Hình 2.3: Vịng qt chương trình Hình 3.1: Tạo thông tin cho project 13 Hình 3.2: Chọn phần cứng cho project 14 Hình 3.3: Giao diện soạn thảo chương trình TIA portal 15 Hình 3.4: Lựa chọn kiểu download chương trình 16 Hình 3.5: Đáp ứng khâu P 19 Hình 3.6: Đáp ứng khâu P I 20 Hình 3.7: Đáp ứng khâu D 20 Hình 3.8: Sơ đồ khối hệ hở 21 Hình 3.9: Đáp ứng hệ hở 22 Hình 3.10: Sơ đồ khối hệ kín 22 Hình 3.11: Đáp ứng hệ kín 23 Hình 3.12: Sơ đồ khối hàm CONT_C 25 Hình 4.1: Kết nối ground shield cho cáp Profibus 31 Hình 4.2: Đầu kết nối profibus với chuẩn sub-D 31 Hình 4.3: Cáp Profibus màu dây 32 Hình 4.4: Mối tương quan độ dài segment tốc độ truyền 32 Hình 4.5: Các hình thức chẩn đoán lỗi Profibus 48 Hình 4.6: Minh họa hệ thống mạng Profinet 48 Hình 5.1: Cấu hình Internet Information Services 73 Hình 5.2: Giao diện hình Internet 75 Hình 6.1: Phân loại mạng riêng ảo VPN 76 viii SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp Hình 6.2: Giải pháp cho điều khiển hệ thống từ xa phương pháp mở port qua VPN 78 Hình 7.1: Mơ tả truyền thông Profibus, Profinet điều khiển từ xa qua mạng riêng ảo 85 Hình 7.2: Đấu dây mơ hình trạm 86 Hình 7.3: Giao diện điều khiển trạm 87 Hình 7.4: Đấu dây mơ hình trạm 87 Hình 7.5: Giao diện điều khiển trạm 88 Hình 7.6: Đấu dây mơ hình trạm 88 Hình 7.7: Giao diện điều khiển trạm 89 Hình 7.8: Đấu dây mơ hình trạm 89 Hình 7.9: Giao diện điều khiển trạm 90 Hình 7.10: Đấu dây mơ hình trạm 90 Hình 7.11: Đấu dây mơ hình trạm 91 Hình 7.12: Giao diện điều khiển trạm 91 Hình 7.13: Giao diện điều khiển trạm 92 ix SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp Chương trình FC6: 114 SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp Chương trình FC7: 115 SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp TRẠM 7: Tag: 116 SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp Chương trình OB1: Chương trình FC1: Chương trình FC2: 117 SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp 118 SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp TRẠM 8: 119 SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp Tag: Chương trình OB1: 120 SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp 121 SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp 122 SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp 123 SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp Chương trình FC1: TRẠM 9: Tag: Chương trình OB1: 124 SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp 125 SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp 126 SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp Chương trình FC1: 127 SVTH: Trần Văn Thịnh Khóa luận tốt nghiệp 128 ... đoạn truyền thông nội kiểm tra lỗi Hình 2.3: Vịng qt chương trình 2.2 Tổng quan mạng truyền thông công nghiệp 2.2.1 Vài nét mạng truyền thông công nghiệp Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công. .. 2.2.Tổng quan mạng truyền thông công nghiệp 2.2.1.Vài nét mạng truyền thông công nghiệp 2.2.2.Một số mạng truyền thông công nghiệp 10 2.2.2.1 .Mạng truyền thông AS-I ... tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty Trong lĩnh vực đo lường, điều khiển tự động hóa Sử dụng mạng truyền thơng công nghiệp