Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
3.3.5. Lưu đồ thuật toán
3.3.5.1. Chế độ tự động
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
3.4. Hệ thống chữa cháy
3.4.1. Quy trình cơng nghệ
Hệ thống robot chữa cháy sử dụng hai động cơ servo với độ chính sát cao, dễ đàng điều khiển, vận hành.
Sử dụng camera giám sát hình ảnh từ xa tại hiện trường. Hệ thống được điều khiển và giám sát từ xa qua internet.
3.4.2. Tổng quan về hệ thống
Giới thiệu về hệ thống chữa cháy
Hệ thống chữa cháy này (xem hình 3.11) sử dụng một cảm biến báo cháy, khi có hoả hoạn xảy ra hệ thống lập tức bật bơm để bơm nước để dập lửa và cịn có chức năng đưa ra cảnh báo khi có hoả hoạn sảy ra bằng cịi báo, người giám sát có thể theo giỏi được tình trạng của đám cháy thông qua camera, dữ liệu hình ảnh từ camera sẽ được truyền đến màn hình giám sát qua web server. Tại đây người giám sát có thể theo giõi, điều khiển vòi nước chữa cháy bằng các thao tác trên màn hình để dập tắt đám cháy một cách nhanh chóng mà khơng cần sự có mặt của con người tại hiện trường. Các thành phần chính
Thiết bị điều khiển PLC S7-1200 Thiết bị chuyển mạch Rơle 2 động cơ bơm 2 động cơ servo Qui trình hoạt động
Khi có hoả hoạn xảy ra
Cảm biến phát hiện lửa sẽ gửi tín hiệu đến thiết bị điều khiển
Thiết bị điều khiển sẽ điều khiển bật bơm, đồng thời bật cịi cảnh báo Camera sẽ gửi hình ảnh đám cháy đến trung tâm giám sát qua web server Người vận hành sẽ tiến hành điều khiển vòi nước chữa cháy để dập lửa
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
3.4.4. Lưu đồ thuật tốn
Hình 3.12. Lưu đồ thuật tốn của hệ thống chữa cháy
3.5. Giao diện dám sát qua web server
3.5.1. Tổng quan về web server
Web Server là máy chủ có dung lượng lớn, tốc độ cao, được dùng để lưu trữ thông tin như một ngân hàng dữ liệu, chứa những website đã được thiết kế cùng với những thông tin liên quan khác (các mã Script, các chương trình và các file Multimedia).[6]
Web Server có khả năng gửi đến máy khách những trang Web thông qua môi trường Internet qua gia thức HTTP, giao thức được thiết kế gửi các file đến trình duyệt Web (Web Browser), và các giao thức khác.[6]
Cách thức hoạt động của một web server (xem hình 3.14)
Người dùng Internet sẽ truy cập một website bất kỳ thơng qua một trình dut web được cài trên máy tính hoặc thiết bị di động.[6]
Lúc này, trình duyệt web mà bạn đang sử dụng (Chrome, Cốc Cốc, Firefox …) sẽ nhận yêu cầu đó và chuyển đổi từ địa chỉ tên miền sang địa chỉ IP kèm theo tên miền đó. Việc truy xuất thông tin IP này sẽ thông qua các máy chủ DNS. Sau đó trình duyệt sẽ thơng qua giao thức HTTP gửi yêu cầu đến Web server báo là có một người dùng đang cần truy xuất thông tin tại địa chỉ này. Và nó yêu cầu máy chủ hãy trả về kết quả cho người dùng.[6]
Khi nhận được yêu cầu từ trình duyệt, máy chủ web sẽ kiểm tra lại trong hệ thống xem có tài nguyên nào liên quan đến địa chỉ mà người dùng đang cần tìm hay khơng. Trường hợp có nó sẽ trả lại thơng tin qua giao thức HTTP đến trình duyệt web để hiển thị cho người dùng. Cịn nếu khơng thì nó sẽ xuất hiện các thơng báo lỗi hoặc nội dung khơng tìm thấy. Cứ như vậy quy trình này được lặp đi lặp lại.[6]
3.5.2. Tổng quan về giao diện dám sát web server của hệ thống
Giao diện giám sát các thông số điện năng của hệ thống Điện áp
Dòng điện Hệ số công suất Công suất Tần số…
Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống tủ điện cấp nguồn tự động Giao điện điều khiển và giám sát hệ thống chữa cháy
3.5.3. Thiết kế một Web Server trên PLC S7-1200
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
Tia Portal (xem hình 3.15) là một phần mềm tổng hợp của nhiều phần mềm điều hành quản lý tự động hóa, vận hành điện của hệ thống. Có thể hiểu, TIA Portal là phần mềm tự động hóa đầu tiên, có sử dụng chung 1 mơi trường/ nền tảng để thực hiện các tác vụ, điều khiển hệ thống.[4]
Tia Portal - Tích hợp tự động tồn diện là phần mềm cơ sở cho tất cả các phần mềm khác phát triển: Lập trình, tích hợp cấu hình thiết bị trong dải sản phẩm. Đặt điểm Tia Portal cho phép các phần mềm chia sẻ cùng 1 cơ sở dữ liệu, tạo nên tính thống nhất, tồn vẹn cho hệ thống ứng dụng quản lý, vận hành. [4]
Tia Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác: - Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đa dạng. - Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát.
- Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project để xác định bệnh, lỗi hệ thống.
- Tích hợp mơ phỏng hệ thống.
- Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens.
- Hiện tại phần mềm Tia Portal có nhiều phiên bản như Tia Portal V14,Tia Portal V15, Tia Portal V16 và mới nhất là Tia Portal V17.
Tia Portal là thuật ngữ quen thuộc được ứng dụng trong các lĩnh vực tự động hóa, tích hợp nhiều phần mềm phổ thơng khác như: HMI, PLC, Inverter của Siemens. Phần mềm Tia Portal có những ưu và nhược điểm trong vận hành hệ thống tự động hóa.[4]
3.5.3.2. Cấu hình phần cứng
Bƣớc 1: Kết nối dây dẫn phần cứng (xem hình 3.16)
Hình 3.15. Kết nối phần cứng giữa PLC và PC Cáp kết nối ta dùng cáp Ethernet RJ45 (xem hình 3.17) Cáp kết nối ta dùng cáp Ethernet RJ45 (xem hình 3.17)
Hình 3.16. Cáp Ethernet RJ45
Cáp Ethernet là một trong các dạng cáp mạng phổ biến nhất được sử dụng cho các mạng dây. Cáp Ethernet kết nối thiết bị với nhau trong mạng cục bộ như máy tính, router và thiết bị chuyển mạch. Đây là dây cáp vật lý, chúng có những hạn chế về khoảng cách có thể kéo dài, vận chuyển tín hiệu và độ bền. Đây là một trong những lý do có nhiều loại cáp Ethernet khác nhau để thực hiện các nhiệm vụ nhất định trong các tình huống cụ thể.[5]
Bƣớc 2: Cấu hình địa chỉ IP cho PLC (xem hình 3.18)
Khởi động phần mềm Tia Portal > Tạo một Project mới > vào mục Device configuration > click chuột phải vào cổng Profinet chọn properties > vào mục Ethernet addresses > ta đặt địa chỉ IP của PLC là 192.168.1.101 > tick chọn Use router
Hình 3.17. Cấu hình địa chỉ IP cho PLC
Bƣớc 3: Khai báo địa chỉ IP cho máy tính (xem hình 3.19)
Ở màn hình của máy tính, ta vào setting > Ethernet > change adapter options > click chuột phải vào biểu tượng Ethernet > chọn Properties
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
Hình 3.18. Các bước khai báo địa chỉ IP cho máy tính
Ta click chuột vào Internet Protocol Version 4(TCP/Ipv4) (xem hình 3.20)
Hình 3.19. Các bước khai báo địa chỉ IP cho máy tính Ta khai báo địa chỉ IP cho máy tính là 192.168.1.10 (xem hình 3.21) Ta khai báo địa chỉ IP cho máy tính là 192.168.1.10 (xem hình 3.21)
Hình 3.20. Khai báo địa chỉ IP cho máy tính
Bƣớc 4: Cấu hình web server trên Tia Portal (xem hình 3.22)
Vào mục Device configuration > click chuột phải chọn properties > Web server > activate web server on all module of this device
Hình 3.21. Các bước cấu hình webserver trên tia portal Vào thẻ user management > chọn như ảnh bên dưới (xem hình 3.23) Vào thẻ user management > chọn như ảnh bên dưới (xem hình 3.23)
Hình 3.22. Các bước cấu hình webserver trên tia portal Vào thẻ Time of day > chọn (UTC + 07:00) (xem hình 3.24) Vào thẻ Time of day > chọn (UTC + 07:00) (xem hình 3.24)
Hình 3.23. Các bước cấu hình webserver trên tia portal
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
Hình 3.24. Các bước cấu hình webserver trên tia portal
Hình 3.25. Các bước cấu hình webserver trên tia portal
Bƣớc 6: Tạo một file HTML (xem hình 3.28)
Như ta đã biết để tạo ra một web server, ta phải tạo ra một trang web để cho người dùng sử dụng. Có rất nhiều cơng cụ để tạo ra file HTML ví dụ như: C#, java, notepad++…
Tạo một file HTML bằng notepad++:
Đây là một phần mềm soạn thảo đa tính năng, phổ biến được các webmaster trên thế giới tin dùng. Notepad++ là một phần mềm soạn thảo mã nguồn hồn tồn miễn phí hỗ trợ đa ngơn ngữ lập trình, hoạt động trong mơi trường Microsoft Windows. Ngoài ra, Notepad++ là thay thế hồn hảo cho Notepad cổ điển xưa, khơng những về mặt tính năng mà cả về giao diện tương tác đều cho thấy sự đẳng cấp vượt bậc.
Đầu tiên ta mở ứng dụng Notepad++
Hình 3.27. Giao diện chính của phần mềm
Tạo một project mới > vào language > H > HTML (xem hình 3.29)
Hình 3.28. Chọn ngơn ngữ lập trình
Lập trình một trang web đơn giản trên ứng dụng. (xem hình 3.30)
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
Hình 3.30. Giao diện của một trang webserver Add file HTML vào User defined page Add file HTML vào User defined page
Ta quay lại phần mềm Tia Portal > vào phần Device configuration > click chuột phải chọn properties > Webserver > User-defined pages (xem hình 3.32)
Hình 3.31. Add file HTML vào User-defined pages
Để truy cập vào web, ta mở trình duyệt web lên và gõ vào thanh tìm kiếm địa chỉ IP của PLC. (xem hình 3.33)
Hình 3.33 Giao diện đăng nhập của Web server
Bƣớc 7: Kết nối phần cứng PLC với mạng internet (xem hình 3.35)
Sau khi đã cấu hình và lập trình web server trên PLC, để người dùng có thể truy cập được vào web server ta cần phải kết nối PLC với mạng internet, lúc này người dùng có thể truy cập vào web server tại mọi nơi “với điều kiện người dùng phải có kết nối với internet” để điều khiển, giám sát thiết bị.
Hình 3.34. Kết nối PLC với Internet
Sau đó ta tiến hành Nat port để cho PLC có thể kết nối được với Internet.
3.6. Các giao thức truyền thông đƣợc sử dụng
3.6.1. Giao thức truyền thông MODBUS
3.6.1.1. Tổng quan về giao thức Modbus
MODBUS (xem hình 3.36) là một chuẩn giao thức truyền thông công nghiệp được phát hành và phát triển bởi MODICON vào năm 1979, và chính thức thuộc về Schneider Electrics vào năm 1996. Giao thức MODBUS đơn giản và mạnh mẽ đã trở thành một giao thức truyền thông tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi để kết nối các thiết bị điện tử công nghiệp.[5]
Đây là một giao thức truyền thông với nhiều thiết bị thông qua một cặp dây xoắn đơn. Ban đầu, ngành công nghiệp sử dụng các chuẩn RS232, RS485 để truyền thông. Modbus được sử dụng trên RS485 để đạt tốc độ cao hơn, khoảng cách truyền xa hơn.
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
chuẩn, có một Master và tối đa 247 Slave, mỗi Slave có một địa chỉ Slave duy nhất từ 1 đến 247. [5]
Một giao tiếp MODBUS luôn được bắt đầu bởi master. Các nút slave sẽ không bao giờ truyền dữ liệu khi không nhận được yêu cầu từ master node. Các nút slave sẽ không bao giờ giao tiếp với nhau. Nút master chỉ khởi tạo một giao dịch MODBUS ở cùng một thời điểm.[5]
Hình 3.35. Tổng quan về Modbus
3.6.1.2. Giới thiệu về giao thức Modbus RTU
Modbus RTU – Giao thức này dựa trên nền tảng chính là RS485 (hoặc có thể là RS232) .Giao thức sử dụng cổng truyền thông nối tiếp và ứng dụng cho các giao thức truyền thông nhỏ gọn , được biểu diễn với kiểu dữ liệu số nhị phân. Định dạng RTU theo các lệnh /dữ liệu với một cơ chế kiểm tra lỗi tuần hoàn để đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu . Một gói tin của RTU phải được truyền liên tục mà khơng có khoảng ngắt giữa các ký tự [5]
Kết nối phần cứng
Trong một mạng giao tiếp các thiết bị sử dụng giao thức Modbus RTU, các cảm biến hoặc các cơ cấu chấp hành thường đảm nhiệm vai trị Slave . Các thiết bị như máy tính ,PLC , vi điều khiển , thiết bị HMI,.. có thể là các thiết bị Master , nhưng đôi khi chúng cũng có thể đóng vai trị là Slave (xem hình 3.38)
Tất cả các tín hiệu chuẩn Modbus RTU được mắc song song nhau trên hai dây truyền về Master qua chuẩn RS485. (xem hình 3.39)
Hình 3.37. Kết nối Modbus RTU Master-Slave Cách thức hoạt động Cách thức hoạt động
Modbus RTU sẽ hoạt động dựa trên nguyên tắc truyền tín hiệu thơng qua Master (bên nhận) và Slave (bên truyền tín hiệu) thơng qua địa chỉ thanh ghi. Các phương thức truyền tín hiệu của Modbus RTU có các dạng như RS-232, RS-485, Dùng đường truyền vật lí RS485 nên để giao tiếp được giữa master và slave ta phải cài đặt các thông số về tốc độ truyền baudrate (4800.9600.115200…), số data bit (7-8), bit stop (0-1-2) , Flag Parity kiểm tra chẵn lẻ (None, Event, Odd). Các thông số trên phải giống nhau giữa master và slave và bên master phải biết được ID của slave cần giao tiếp.
Mỗi thiết bị trong mạng modbus sẽ được cung cấp một địa chỉ duy nhất. Trong mạng modbus chỉ có 1 node được gán là Master (ta gọi là Master, các node còn lại gọi là Node) mới có thể khởi tạo lệnh. Trong frame truyền có chứa địa chỉ của thiết bị slave (1 đến 247), chỉ thiết bị có ID tương ứng mới đáp ứng, mặc dù các thiết bị khác có thể nhận được nó (một ngoại lệ là các lệnh có thể phát được cụ thể được gửi đến nút 0, được thực hiện nhưng không được xác nhận). Tất cả các lệnh Modbus chứa thông tin tổng kiểm tra (check sum CRC) để cho phép người nhận phát hiện lỗi truyền. Master sẽ đọc và ghi các dữ liệu vào thanh ghi của thiết bị slave.
u, nhược điểm u điểm
Tất cả các tín hiệu truyền trên 2 dây tín hiệu RS 485 với khoảng cách truyền xa 1200m
Giảm tối thiểu dây kết nối vào PLC
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
Độ ổn định và ít nhiễu so với tín hiệu analog 4-20mA Các Modul độc lập nhau nên quản lý dể dàng
Có thể dùng chung các hãng khác nhau có chuẩn Modbus RTU Nhược điểm
Tín hiệu khơng nhanh bằng việc dùng trực tiếp như analog hoặc Digital Chỉ phù hợp cho điều khiển có thời gian đáp ứng 1s trở xuống
Cần PLC hay Scada có cấu hình mạnh đủ để đọc tất cả các thanh ghi khi dùng nhiều bộ chuyển đổi Modbus RTU
3.6.1.3. Ứng dụng giao thức modbus RTU đọc dữ liệu từ đồng hồ Selec về PLC
Như đã giới thiệu ở phần trên ở mục (1.6.2) đồng hồ selec là một thiết bị đo đa năng, có chức năng đo đạt và hiển thì nhiều thơng số về điện áp, dịng điện, cơng suất,…
Ở một số phiên bản mới, đồng hồ selec này còn hỗ trợ chức năng truyền thông Modbus để đọc dữ liệu về PLC, máy tính,…
Hình 3.38. Mặt sau của đồng hồ Selec
Hình 3.39. Module CB 1241 RS485 Cách kết nối phần cứng Cách kết nối phần cứng
Hình 3.40. cách đấu nối với điện 1 pha 2 dây Cách đấu nối với module CB 1241 RS485 (xem hình 3.43) Cách đấu nối với module CB 1241 RS485 (xem hình 3.43)