Ứng dụng plc s7 1200 và cp 1242 7 v2 điều khiển và giám sát hệ thống nhà kính trong nông nghiệp sử dụng mạng truyền thông 3g

Nhìn chung, các phương pháp tưới có dùng ống đều có cùng nguyên lý tính toán trên cơ sở môn học cấp thoát nước và thủy lực đường ống, đó là: xác định diện tích tưới, nguồn nước, nhu c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN



KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG PLC S7-1200 VÀ CP 1242-7 V2 ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG NHÀ KÍNH TRONG NÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG MẠNG TRUYỀN THÔNG 3G

TP.HCM, 2018

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài

(1): Huỳnh Minh Hoàng, MSSV: 14068381

 Tên đề tài

ỨNG DỤNG PLC S71200 VÀ CP 1242-7 GPRS GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NHÀ KÍNH TRONG NÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG MẠNG TRUYỀN THÔNG 3G

 Nội dung

- Làm mô hình nhà kính

- Thiết kế lắp đặt tủ điện điều khiển

- Lập trình điều khiển Manual và Auto

- Điều khiển hệ thống bằng tin nhắn

- Điều khiển giám sát hệ thống thông qua mạng DSL

- Thiết kế giao diện wincc

 Kết quả

Trình bày tóm tắt kết quả đạt được

Giảng viên hướng dẫn Tp.HCM, ngày 26 tháng 05 năm 2018

Sinh viên

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

MỤC LỤC

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ viii

DANH SÁCH CÁC BẢNG xi

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Nội dung nghiên cứu 1

1.3 Phương pháp nghiên cứu 1

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 2

2.1 Tổng quan về thiết kế một hệ thống tưới 2

2.2 Thiết kế hệ thống tưới 3

2.2.1 Xác định lần tưới, nhu cầu tưới và khả năng cung cấp nước 3

2.2.2 Phân chia khu tưới 3

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PLC 4

3.1 Lịch sử ra đời và phát triển của PLC 4

3.2 Đặc điểm bộ điều khiển lập trình 4

3.3 Giới thiệu về PLC S7-1200 5

3.3.1 Giới thiệu chung 5

3.3.2 Cấu tạo PLC S7-1200 6

3.3.3 Các Module tín hiệu 9

3.3.4 Các Module truyền thông 9

3.4 Ưu điểm PLC S7-1200 so với những dòng PLC trước 10

3.4.1 Về phần cứng 10

3.4.2 Về kết nối, phần mềm 11

CHƯƠNG 4 Tổng quan CP 1242-7 GPRS V2 12

4.1 Giới thiệu chung về CP 1242-7 GPRS V2 12

4.1.1 Tổng quan về Module truyền thông GPRS CP1242-7 12

4.1.2 Ứng dụng Telecontrol 12

4.1.3 Cấu hình và chế độ làm việc 14

4.1.3.1 Các loại cấu hình 14

4.1.3.2 Các chế độ 15

4.2 Đèn Led và kết nối của CP 1242-7 GPRS V2 16

4.2.1 Tổng quan thiết bị 16

4.2.2 Đèn Led 16

4.2.2.1 Đèn Led của Module 16

4.2.3 Kết nối điện 18

4.2.3.1 Giao diện không dây 18

4.3 Ứng dụng và chức năng 18

4.3.1 Kết nối s7-1200 với mạng GSM 18

4.3.2 Các dịch vụ truyền thông 19

4.4 Lắp đặt và kết nối 19

4.4.1 Các lưu ý quan trọng khi sử dụng thiết bị 19

4.4.2 Cài đặt cấu hình Module CP1242-7 GPRS V2 19

4.5 Cấu hình và Cài đặt của CP 1242-7 GPRS V2 21

CHƯƠNG 5 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL VÀ WINCC RUNTIME ADVANCED V13 26

5.1 Phần Mềm Tia Portal 26

5.1.1 Tổng quan 26

5.1.2 Cách tạo project 27

5.1.3 TAG của PLC / TAG local 29

5.1.4 Tạo tag Data Points 30

5.1.5 Làm việc với một trạm PLC 31

5.1.5.1 Quy định địa chỉ IP cho Module CPU 31

5.1.6 Kỹ Thuật Lập Trình 31

5.1.6.1 Vòng quét chương trình 31

5.1.6.2 Khối Tổ Chức Ob – Oganization Blocks 33

5.1.6.3 Hàm chức năng – FUNCTION 34

5.2 Giao Diện Win CC 34

5.2.1 Giới thiệu về Wincc runtime Advanced 34

5.2.1.1 Tạo một dự án mới và tạo kết nối 34

5.2.1.2 Kiểm tra lỗi và tải lên cấu hình của CPU 36

5.2.1.3 Tạo một màn hình mới và thiết kế 38

5.2.1.4 Các đặc tính điều khiển 40

5.2.1.5 Chức năng Animations: 40

5.2.1.6 Kết nối và mô phỏng 41

5.2.1.7 Tagname 44

5.2.1.8 Một số sự kiện cơ bản của đối tượng 47

5.2.2 Ứng dụng Wincc thiết kế giao diện HMI điều khiển hệ thống tưới tiêu tự động 50

5.2.2.1 Screen Start: Đăng nhập và phân quyền người dùng 50

5.2.2.2 Main: màn hình chính 53

5.2.2.3 Screen Scale 56

5.2.2.4 Screen RealTime 58

5.2.2.5 Screen Sms 58

5.2.2.6 Screen Help 59

CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ MÔ HÌNH, LẮP ĐẶT, LẬP TRÌNH 60

6.1 Thiết kế mô hình 60

6.1.1 Danh sách linh kiện 60

6.1.1.1 Tổng quan về angten ANT794 – 4MR 60

6.1.1.2 Quạt DP200A P/N 2123SHSL 62

6.1.1.3 Bơm phun sương 63

6.1.1.4 Khởi Động Từ LS GMC-9 63

6.1.1.5 Đèn tuýp 64

6.1.1.6 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 64

6.2 Lắp đặt mô hình 67

6.2.1 Sơ đồ đấu dây 68

6.2.2 Chế độ AUTO 71

6.2.3 Chế độ MANUAL 72

6.2.4 Chế độ REALTIME 73

6.3 Chương trình PLC 74

6.3.1 Hướng dẫn tạo một khối dữ liệu 74

6.3.1.1 Khai báo biến 74

6.3.1.2 Các bước tạo một khối dữ liệu 74

6.3.2 Chương trình con 74

6.3.3 Chương trình chính 75

CHƯƠNG 7 CẤU HÌNH TRUYỀN THÔNG QUA MẠNG ADSL 75

7.1 Nguyên lý tạo kết nối 75

7.1.1 Cấu hình mở port cho module Viettel 75

7.1.2 Cấu hình TCSB và trạng thái kết nối 78

7.1.2.1 Cấu hình TCSB 78

7.1.2.2 Trạng thái kết nối Status 80

7.1.3 Cấu hình OPC Scout V10 81

7.1.4 Cấu hình Ipv4 83

7.2 Cấu hình máy tính mở service 85

7.2.1 Windows Services là gì ? 85

7.2.2 Mở services TCSB và OPC Scout 85

7.2.2.1 Start các services cần thiết 85

7.3 Nạp chương trình từ xa 88

CHƯƠNG 8 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 91

8.1 Kết luận 91

8.1.1 Những nhiệm vụ mà đề tài đã thực hiện 91

8.1.2 Những thuận lợi và khó khăn khi thực hiện đề tài 92

8.2 Hướng phát triển đề tài 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

PHỤ LỤC 94 LỜI CẢM ƠN

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 3.1 Cấu tạo PLC 6

Hình 3.2 Vị trí đèn nối và domino PLC 9

Hình 3.3 Đèn báo module 9

Hình 3.4 Led trạng thái CP 1242-7 10

Hình 3.5 Module mở rộng 10

Hình 3.6 Tín hiệu CP 1242-7 11

Hình 4.1 Module truyền thông GPRS CP1242-7 12

Hình 4.2 Sending sms từ S7-1200 12

Hình 4.3 Giao tiếp giữa s7-1200 và điều khiển trung tâm 13

Hình 4.4 Truyền thông giữa các trạm S7-1200 14

Hình 4.5 TeleService bằng GPRS 14

Hình 4.6 Cách mở Module CP 1242-7 GPRS V2 16

Hình 4.7 Kích thước thiết bị 20

Hình 5.1 Kết cấu làm việc với TIA 26

Hình 5.2 Sơ đồ chương trình chính và Chương trình con 32

Hình 5.3 Tạo khối mã trong TIA Portal 32

Hình 5.4 Tạo khối OB1 33

Hình 5.5 Tạo phần cứng HMI 35

Hình 5.6 Dự án phần cứng mô hình 35

Hình 5.7 Tạo kiểu kết nối OPC 36

Hình 5.8 Cấu hình IP tĩnh cho PLC 36

Hình 5.9 Kiểu tra lỗi bằng cách Compile 37

Hình 5.10 Giao diện thông báo không lỗi 37

Hình 5.11 Giao diện thông báo phát hiện lỗi 37

Hình 5.12 Add new screen 38

Hình 5.13 Tạo giao diện diều khiển Wincc 38

Hình 5.14 Chỉnh viền đối tượng Wincc 39

Hình 5.15 Tạo hiệu ứng cho đối tượng 40

Hình 5.16 Activate 41

Hình 5.17 Gửi dữ liệu truyền thông biến Tag 41

Hình 5.18 Kết nối các biến tag trong chương trình với Datapoint 42

Hình 5.19 Các biến tag datapoin được gửi đến TCSB 42

Hình 5.20 Nơi lưu trữ [OPC.SimaticNET.TCSB] 42

Hình 5.21 Tag wincc 43

Hình 5.22 Thời gian tác động biến Tag 43

Hình 5.23 Tạo tag name HMI 44

Hình 5.24 Tag OPC.Simatic.TCSB 44

Hình 5.25 Kết nối 45

Hình 5.26 Gán trạng thái cho biến tag 45

Hình 5.27 Phần mềm đi kèm phần cứng PLC S7 1200 VÀ CP 1242-7 46

Hình 5.28 Tag HMI 47

Hình 5.29 Tạo trạng thái tác động cho nút nhấn 47

Hình 5.30 Add new animation 48

Hình 5.31 Cấu hình Appearance 48

Hình 5.32 Cấu hình Visbility 49

Hình 5.33 Gắn tag tác động trên Visible 49

Hình 5.34 Xác nhận password quyền đăng nhập 50

Hình 5.35 Tạo tài khoản phân quyền Wincc 51

Hình 5.36 Giao diện đăng nhập người dùng 51

Hình 5.37 Cấp phép đăng nhập cho các tài khoản 52

Hình 5.38 Cài đặt trạng thái của nút nhấn đăng nhập 52

Hình 5.39 Giao diện điều khiển Main 53

Hình 5.40 Giao diện điều khiển thời gian thực 57

Hình 5.41 Giao diện thời gian thực 58

Hình 5.42 Giao diện điều khiển tin nhắn 59

Hình 5.43 Giao diện Hướng dẫn người dung 59

Hình 6.1 Angten ANT794 60

Hình 6.2 Mặt cắt bên trong Ăng-ten ANT794-4MR 62

Hình 6.3 Quạt thông gió 62

Hình 6.4 Bơm phun sương 63

Hình 6.5 Khởi động từ 63

Hình 6.6 Đèn tuýp 64

Hình 6.7 Đầu dò cảm biến nhiệt độ DS18B20 64

Hình 6.8 Sơ đồ đấu dây cảm biến nhiệt độ 65

Hình 6.9 Sơ đồ cảm biến nhiệt độ 66

Hình 6.10 Module giải mã digital to analog 66

Hình 6.11 Sơ đồ đấu dây động lực 1 68

Hình 6.12 Sơ đồ đấu dây động lực 2 68

Hình 6.13 sơ đồ đấu dây điều khiển 70

Hình 6.14 Tạo khối chương trình con 74

Hình 7.1 Cửa sổ Run 86

Hình 7.2 Cửa sổ Start 86

Hình 7.3 Cửa sổ Control 86

Hình 7.4 Cửa sổ Service 87

Hình 7.5 Mở TCS Basic DatabaseService 87

Hình 7.6 Cấu hình kiểu kết nối 89

Hình 7.7 Nhập tài khoản người dùng kết nối 90

Hình 7.8 Start search 90

Hình 7.9 Nạp chương trình lên PLC 91

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Danh sách Module hỗ trợ PLC 7

Bảng 3.2 Thông số Module hỗ trợ PLC 8

Bảng 4.1 Led trên bảng điều khiển phía trước 17

Bảng 4.4 Các bước lắp thẻ sim 19

Bảng 4.5 Kích thước lắp đặt CP 1242-7 GPRS V2 (mm) 21

Bảng 4.6 Cấu hình và cài đặt CP 1242-7 GPRS V2 21

Bảng 6.2 chú thích sơ đồ đấu dây động lực 69

Bảng 6.3 Chú thích sơ đồ đấu dây điều khiển 70

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài

Xây dựng nhà kính để trồng rau sạch là một trong những mô hình hiệu quả trong sản xuất nông nghiệp theo hướng công nghệ cao Sử dụng nhà kính để trồng rau đang ngày càng phổ biến ở nước ta Không chỉ giúp hạn chế những ảnh hưởng của các yếu tố từ môi trường như là thời tiết hoặc sâu bệnh gây hại Đồng thời làm tăng năng suất gấp 3 đến 4 lần so với trồng ở ngoài trời theo phương thức truyền thống Đồng thời với sự bùng nổ của cuộc cách mạng lần thứ tư Giúp cho con người có thể truyền thông qua internet, 3G hoặc 4G

Thấy được những ưu điểm đó, em đã chọn đề tài ứng dụng PLC S7-1200 giám sát và điều khiển hệ thống nhà kính trong nông nghiệp sử dụng CP 1242-7 V2 qua mạng ADSL, giúp con người có thể làm chủ được thời gian, giảm nhân công và tăng năng suất lao động Đó cũng là lý do mà em chọn đề tài này

Ngày nay khắp nơi trên thế giới đã có rất nhiều phương pháp ứng dụng công nghệ hiện đại vào canh tác và 1 trong số đó là mô hình điều khiển và giám sát qua mạng Internet không dây mà em đang nghiên cứu và phát triển Em mong sự hướng dẫn và góp ý chân thành từ Thầy Cô

1.2 Nội dung nghiên cứu

Tìm hiểu về PLC Simatic S7-1200: Nghiên cứu cấu trúc phần cứng, cấu trúc bộ nhớ của PLC S7-1200

Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm TIA Portal dùng để lập trình cho họ PLC Simatic S7-1200

Tìm hiểu thiết kế giao diện thông qua phần mềm Win CC, điều khiển thiết bị bằng tin nhắn SMS

Tìm hiểu truyền thông điều khiển và giám sát hệ thống từ xa thông qua mạng ADSL Thiết kế giao diện WinCC RT Advanced theo giao thức OPC

1.3 Phương pháp nghiên cứu

 Vận dụng, kế thừa tài liệu tham khảo, khóa luận của các khóa trước

 Tham khảo các ý kiến góp ý giáo viên hướng dẫn và cộng đồng mạng

 Tìm hiểu, thu thập và phân tích tài liệu

 Tổng hợp, đúc kết tài liệu, ý kiến và đưa ra ý tưởng thực hiện

 Áp dụng kết quả nghiên cứu, tổng hợp đưa vào thực nghiệm

 Sửa đổi, đánh giá đưa ra kết quả hoàn thiện

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

2.1 Tổng quan về thiết kế một hệ thống tưới

Ngoài phương pháp tưới thủ công, các phương pháp tưới còn lại đều cần được thiết kế, tính toán các thông số cho phù hợp Nhìn chung, các phương pháp tưới có dùng ống đều có cùng nguyên lý tính toán trên cơ sở môn học cấp thoát nước và thủy lực đường ống, đó là: xác định diện tích tưới, nguồn nước, nhu cầu nước tưới phù hợp với từng loại cây trồng, diện tích, địa hình vùng tưới.Từ các thông số này, ta sẽ tính toán đường kính ống chính, ống phụ, ống nhánh, vận tốc nước chảy trong ống, áp lực nước trong ống; tính toán chiều dài của các loại ống, các chi tiết nối (co, van, vv…), số lượng các bét phun,ống dẫn đến gốc vv và cuối cùng là lập bảng tổng hợp số lượng các loại vật tư, tính toán chí phí mua vật tư, tiền công xử lý vv

Để thiết kế hệ thống tưới nước cho đồng ruộng, cần quan tâm đến các vấn đề sau:

+ Hình dạng vùng tưới như thế nào?

+ Diện tích vùng tưới lớn nhỏ ra sao ?

+ Số cây cần cung cấp nước tưới trên đồng?

+ Nhu cầu nước của loại cây trồng/đơn vị thời gian (lít/ngày)

+ Địa hình khu tưới như thế nào?

Để xác định hình dáng, diện tích vùng tưới, không có cách nào khác hơn là phải đo đạc Nếu có điều kiện thì dùng máy kinh vĩ quang cơ để đo đạc địa chính, địa hình toàn khu đất Trong trường hợp diện tích nhỏ (một, vài ha); có thể dùng máy định vị cầm tay (hiện nay rất phổ biến)

Khi đã có “cái nền” là hình dáng, diện tích khu đất, ta bắt đầu phát họa sơ đồ bố trí cây trồng

2.2 Thiết kế hệ thống tưới

2.2.1 Xác định lần tưới, nhu cầu tưới và khả năng cung cấp nước

Tùy thuộc loại cây trồng, ta xác định lần tưới và nhu cầu nước cho mỗi lần tưới

Số lần tưới phụ thuộc vào đặc tính của loài cây trồng và khả năng giữ ẩm của đất Cùng là trồng cây, nhưng trồng trên đất sét, số lần tưới/tháng sẽ ít hơn xoài trồng trên đất cát do đất sét có khả năng giữ nước tốt hơn đất cát

Ta chỉ cần tính toán gần đúng thông số về lần tưới dùng để tính toán nguồn nước Trong sản xuất, sẽ dựa vào thực tế đất đai, thời tiết để điều chỉnh số lần tưới cho phù hợp

Ta chỉ cần tính toán gần đúng thông số về lần tưới dùng để tính toán nguồn nước Trong sản xuất, sẽ dựa vào thực tế đất đai, thời tiết để điều chỉnh số lần tưới cho phù hợp

Từ xác định được nhu cầu nước của cây cho mỗi lần tưới, số lần tưới/tháng, số tháng cần tưới, ta xác định được nhu cầu nguồn nước tưới

2.2.2 Phân chia khu tưới

Nếu bạn chỉ tưới cho 1 ha trở lại thì chỉ là 1 khu tưới; nhưng nếu diện tích tưới lớn hơn phải phân chia vùng tưới thành nhiều khu tưới Theo kinh nghiệm, một khu tưới có diện tích khoảng 1 ha trở lại là phù hợp Nếu chia khu tưới quá lớn, hoặc có tham vọng tưới 1 lần cả hàng chục, hàng trăm ha, khi đó, công suất máy bơm và đường kính ống dẫn nước chính sẽ tăng lên rất lớn -> không có hiệu quả kinh tế Cách tốt nhất là tưới lần lượt từng khu tưới, mỗi khu tưới rộng khoảng 1 ha, thời gian tưới mỗi khu khoảng 1-2 giờ là tốt nhất

Khi phân chia khu tưới, bạn phải lên bản vẽ thể hiện rõ hình dáng, diện tích từng khu tưới, kích thước các cạnh của khu tưới, vẽ các hàng cây và chiều dài mỗi hàng cây, từ đây ta sẽ tính được số lượng cây trồng trong mỗi khu tưới; tính ra đường kính, chiều dài của đường ống chính

Ví dụ: vùng tưới trên 3 ha, được chia thành 3 khu tưới.Loài cây trồng là cây chuối được trồng hàng cách hàng 2,5 m, cây cách cây 2 m, mật độ trồng 2.000 cây/ha

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PLC

3.1 Lịch sử ra đời và phát triển của PLC

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kĩ thuật sự đa dạng của các linh kiện điện tử số, các thiết bị điều khiển tự động Các công nghệ cũ đang dần dần được thay thế bằng các công nghệ hiện đại Các thiết bị công nghệ tiên tiến với hệ thống điều khiển lập trình vi điều khiển, vi xử lý, PLC… các thiết bị điều khiển

từ xa Đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, các dây chuyền sản xuất ngành tự động đã phát triễn đến trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động Nhiều hệ thống điều khiển đã ra đời, nhưng phát triển mạnh nhất và có khả năng phục vụ rộng rãi là bộ điều khiển PLC Các họ PLC phát triển từ loại độc lập, chỉ với 20 ngõ vào/ra và dung lượng bộ nhớ chương trình khoảng 500 bước, đến các họ PLC có cấu trúc Module mở rộng để dễ thêm chức năng chuyên dùng như:

3.2 Đặc điểm bộ điều khiển lập trình

Nhu cầu về một bộ điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩy sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình được (programmable control systems), hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động Trong bối cảnh đó, bộ điểu khiển lập trình (PLC – Programmable Logic Controller) được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơ- le và thiết bị rời cồng kềnh và nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản Ngoài ra, PLC còn

có thể thực hiện những tác vụ khác như định thời, đếm….làm tăng khả năng điều khiển cho những hoạt động phức tạp, ngay cả với loại PLC nhỏ nhất

Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái tín hiệu ngõ vào được đưa về

từ quá trình điều khiển, thực hiện các thao tác logic được lập trong chương trình và

đưa ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị tương ứng, với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu ở ngõ vào, mà không cần

có các mạch giao tiếp hay rơ-le trình gian Tuy nhiên, khi dùng PLC điều khiển những thiết bị có công suất lớn, cần phải có mạch điện tử công suất trình gian gắn thêm vào

Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà không cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây, sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng Hơn nữa, chúng ta còn có

ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với những hệ thống truyền thống mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời

Về phần cứng, PLC tương tự như máy tính “truyền thông”, và chúng có các đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp

Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng

Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng rộng rãi trong việc điểu khiển các máy móc công nghiệp và trong điền khiển quá trình (Process – control)

3.3 Giới thiệu về PLC S7-1200

3.3.1 Giới thiệu chung

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm 1200 dùng để thay thế dần cho

S7-200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:

S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200, bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO)

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:

+ Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC

+ Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình

S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP Ngoài

ra bạn có thể dùng các Module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232

Phần mềm dung để lập trình cho S7-1200 hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL.Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 13 của Siemens

Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal V13 phần mềm này đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI

(3) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp

(4) Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU)

Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho chúng ta tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau

Bảng 3.1 Danh sách Module hỗ trợ PLC

Kiểu số

Kiểu tương tự

6 ngõ vào / 4 ngõ ra

2 ngõ ra

8 ngõ vào / 6 ngõ ra

2 ngõ ra

14 ngõ vào /10 ngõ ra

2 ngõ ra Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)

Thời gian lưu giữ đồng hồ

thời gian thực Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 400C

Tốc độ thực thi tính toán thực 18 μs/lệnh

Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các Module tín hiệu và bảng tín hiệu để

mở rộng dung lượng của CPU Có thể lắp đặt thêm các Module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác

Bảng 3.2 Thông số Module hỗ trợ PLC

Module Chỉ ngõ vào Chỉ ngõ ra Kết hợp In/Out

Module tín hiệu

tương tự

Analog In 8 x Analog In

Analog In 4 x Analog In

Module truyền thông (CM) RS485 và RS232

Một bảng tín hiệu (SB) cho phép chúng ta thêm vào I/O cho CPU Chúng ta có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự SB kết nối vào phía trước của CPU

SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)

SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự

(1) Các LED trạng thái trên SB

(2) Bộ phận kết nối nối dây có thể tháo ra

Hình 3.2 Vị trí đèn nối và domino PLC

3.3.3 Các Module tín hiệu

Chúng ta có thể sử dụng các Module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng Các Module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU

Hình 3.3 Đèn báo module

(1) Các LED trạng thái dành cho I/O của Module tín hiệu

(2) Bộ phận kết nối đường dẫn

(3) Bộ phận kết nối nối dây có thể tháo ra

3.3.4 Các Module truyền thông

Họ S7-1200 cung cấp các Module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ sung vào hệ thống Có 2 Module truyền thông: RS232 và RS485

CPU hỗ trợ tối đa 3 Module truyền thông

Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM khác)

Hình 3.4 Led trạng thái CP 1242-7

(1) Các LED trạng thái dành cho Module truyền thông

(2) Bộ phận kết nối truyền thông

3.4 Ưu điểm PLC S7-1200 so với những dòng PLC trước

S7-1200 bao gồm các họ CPU 1211C, 1212C, 1214C Mỗi loại CPU có đặc điểm và tính năng khác nhau, thích hợp cho từng ứng dụng Bên cạnh tuyền thông ethernet được tích hợp sẵn, CPU s7-1200 có thể mở rộng được 3 moulde truyền thông khác nhau, giúp cho việc kết nối được linh hoạt

CHƯƠNG 4 Tổng quan CP 1242-7 GPRS V2

4.1 Giới thiệu chung về CP 1242-7 GPRS V2

4.1.1 Tổng quan về Module truyền thông GPRS CP1242-7

Hình 4.1 Module truyền thông GPRS CP1242-7

4.1.2 Ứng dụng Telecontrol

Gửi tin nhắn bằng SMS : Thông qua CP 1242-7, PLC của Trạm từ xa có thể nhận hay gửi tin nhắn thông qua mạng GSM

Hình 4.2 Sending sms từ S7-1200

Truyền thông với trung tâm điều khiển: CP 1242-7 được cài đặt ở chế độ Telecontrol Trạm từ xa truyền thông thông qua mạng GSM hoặc mạng Internet đến máy chủ Ngoài ra nó cũng có thể giao tiếp với các hệ thống phức tạp hơn nhờ vào hệ thống OPC

Hình 4.3 Giao tiếp giữa s7-1200 và điều khiển trung tâm

Truyền thông giữa các trạm S7-1200 thông qua mạng GSM

Dựa vào các dịch vụ GSM và chế độ của CP, truyền thông giữa các trạm được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau:

+ Truyền thông giữa các trạm thông qua 1 trạm chủ

Truyền thông trực tiếp giữa các trạm với nhau TeleService bằng GPRS:

Hình 4.4 Truyền thông giữa các trạm S7-1200

Kết nối Teleservice được thiết lập giữ trạm kỹ thuật có cài đặt STEP 7 và trạm từ xa thông qua mạng GSM

Truyền thông từ các trạm trường S7-1200 tích hợp CP1242-7 hoặc S7-200 tích hợp MD720-3 đến trạm trung tâm thông qua GPRS/Internet Truyền thông trực tiếp giữa các trạm trường với nhau thông qua GPRS

Truyền thông giữa trạm trường với trạm trung tâm thông qua GPRS/Internet có

cả trạm kỹ thuật để download chương trình tới trạm trường hoặc tìm, chẩn đoán lỗi của trạm trường Trạm kỹ thuật để download chương trình tới trạm trường hoặc tìm, chẩn đoán lỗi của trạm trường

4.1.3.2 Các chế độ

+ Telecontrol Server Basic (TCSB) là phần mềm cho phép kết nối 5000 trạm từ

xa với nhau thông qua truyền thông không dây GSM/GPRS với giao diện OPC

+ Truyền thông dựa trên các dịch vụ không dây

+ Hoạt động của PLC không phụ thuộc vào các nhà cung cấp dịch vụ

+ Hoạt động của PLC sẽ được bảo mật tuyệt đối nhờ vào APN của nhà mạng + Trạm trung tâm sẽ giám sát hoạt động của các trạm từ xa

+ Kết nối các trạm từ xa với trạm trung tâm thông qua giao diện OPC

 Chế độ TeleService

+ Download chương trình hay dự án đến các trạm từ xa

+ Tìm và chuẩn đoán lỗi của các trạm từ xa

 Chế độ bảo vệ

Để bảo vệ các trạm khỏi sự truy cập bất hợp pháp, ta có các cách sau:

+ Tài khoản và mật khẩu (User và password)

+ Sự cho phép người sử dụng (User permissions)

+ Đăng kí chủ số điện thoại (Authorized phone numbers)

4.2 Đèn Led và kết nối của CP 1242-7 GPRS V2

4.2.1 Tổng quan thiết bị

Vị trí của các thành phần hiển thị và kết nối điện

+ Các đèn LED để hiển thị chi tiết về các trạng thái Module được bố trí sau nắp trên của nhà Module

+ Các ổ cắm để cung câp điện nằm trên đỉnh của Module Các kết nối cho ten bên ngoài nằm trên dưới cùng của các Module

4.2.2.1 Đèn Led của Module

Các CP có các đèn LED sau để hiển thị trạng thái:

+ "DIAG" LED trên bảng điều khiển phía trước

Các "DIAG" LED đó là luôn luôn nhìn thấy được cho thấy các trạng thái cơ bản của các Module

+ Đèn LED bên dưới nắp trên của nhà ở Các đèn LED cung cấp thêm chi tiết về tình trạng Module

Bảng 4.1 Led trên bảng điều khiển phía trước

màu đỏ/ xanh lá cây

DIAG

Trạng thái cơ bản của

Module

Bảng 4.2 Đèn led bên dưới nấp trên của nhà ở

Màu đỏ/xanh lá cây

Mạng

Tình trạng của các kết nối với mạng không dây di động

Màu xanh lá

Kết nối Tình trạng của kết nối

tới trạm chủ

Màu vàng /xanh lá cây

Chất lượng tín hiệu

Chất lượng tín hiệu của mạng di động không dây

Màu xanh lá

Teleservice

Tình trạng của các kết nối Teleservice

Chú thích:

Màu sắc Led khi khởi động

Khi Module khởi động, tất cả Led thấp sáng trong một thời gian ngắn Tại thời điểm này màu sắc các Led là không rõ ràng

Hiển thị các hoạt động và tình trạng giao tiếp:

Bảng 4.3 Ý nghĩa của các ký hiệu led

Trạng thái Led Tắt ON( sáng ổn định) Flashing Không liên

quan

4.2.3 Kết nối điện

4.2.3.1 Giao diện không dây

Giao diện không dây cho các mạng di động không dây

Một ăng-ten bổ sung là cần thiết cho truyền thông trong mạng không dây di động Điều này được kết nối thông qua các ổ cắm SMA của CP Các ổ cắm SMA nằm đằng sau bìa dưới của CP

Các ổ cắm 3-pin cho bên ngoài 24 V cung cấp điện DC nằm trên đỉnh của các Mudule Các tàu phù hợp cắm với sản phẩm

4.3 Ứng dụng và chức năng

4.3.1 Kết nối s7-1200 với mạng GSM

Giao tiếp WAN dựa trên IP qua GSM Sử dụng CP, bộ điều khiển SIMATIC

S7-1200 có thể được kết nối với mạng GSM CP cho phép các loại truyền thông WAN sau đây:

+ Truyền thông từ trạm từ xa đến máy chủ điều khiển từ xa (TCSB) trong trạm chủ (truyền thông từ xa)

+ Giao tiếp giữa các trạm

+ Truyền thông giữa các trạm và trạm tổng thể (truyền thông từ xa)

+ Giao tiếp trực tiếp

+ Truyền thông trực tiếp giữa các trạm (Open User Communication)

+ CP hỗ trợ các dịch vụ sau cho truyền thông qua mạng GSM và Internet:

+ GPRS (General Packet Radio Service)

+ Dịch vụ định hướng gói để truyền dữ liệu "GPRS" được xử lý thông qua mạng GSM

+ Lưu ý: CP không phù hợp với mạng GSM, trong đó sử dụng phương pháp multiplex mã số "Multiple Division Access Division" (CDMA)

+ Truyền thông với trung tâm điều khiển

Các trạm S7-1200 từ xa truyền thông qua mạng không dây di động và Internet với một máy chủ điều khiển từ xa trong trạm chủ Máy chủ điều khiển từ xa truyền thông với một hệ thống điều khiển cấp cao hơn sử dụng chức năng tích hợp OPC server

+ Gửi tin nhắn theo định hướng bằng tin nhắn SMS hoặc e-mail

+ Liên lạc giữa các trạm giữa các trạm S7-1200 thông qua máy chủ điều khiển từ

xa

+ Truyền thông giữa các trạm S7-1200 thông qua mạng không dây di động

+ Tin nhắn SMS và e-mail qua mạng không dây di động

4.4 Lắp đặt và kết nối

4.4.1 Các lưu ý quan trọng khi sử dụng thiết bị

Bảo vệ quá áp

Bảo vệ nguồn điện bên ngoài, nếu nguồn điện được cung cấp cho Module hoặc trạm trên các loại cáp hoặc mạng lưới điện dài hơn thì có thể kết nối các xung điện từ mạnh vào cáp cấp Điều này có thể gây ra, ví dụ như sét đánh hoặc chuyển đổi tải cao hơn

Bộ nối của nguồn điện bên ngoài không được bảo vệ khỏi các xung điện từ mạnh Để bảo vệ nó, một Module bảo vệ quá áp bên ngoài là cần thiết Các yêu cầu của EN61000-4-5, kiểm tra miễn nhiễm phóng trên các đường dây cung cấp điện, chỉ đáp ứng khi sử dụng một yếu tố bảo vệ thích hợp

4.4.2 Cài đặt cấu hình Module CP1242-7 GPRS V2

Các bước lắp thẻ sim

Bảng 4.4 Các bước lắp thẻ sim

1 Tắt nguồn điện cho trạm

2 Nhả thanh trượt cho thẻ SIM

ở đáy của CP phía sau vỏ mặt dưới

bằng cách nhả nhẹ nhàng chốt tháo

ra

3 Tháo khay sim ra khỏi thiết bị

4 Lắp thẻ SIM vào trang trình

bày như minh họa

5 Đẩy trượt vào trong vỏ, nơi

nó khóa nhẹ nhàng tại chỗ

6 Bật nguồn điện cho trạm

Kích thước lắp đặt

Hình 4.7 Kích thước thiết bị

tín hiệu (ví dụ)

8 or 16 digital I/Os

2, 4 or 8 analog I/Os Thermocouple, 4 or 8 I/O

5 mm

CM1243-5 (PROFIBUS

master)

CM 1242-5 (PROFIBUS slave)

mm

mm

4.5 Cấu hình và Cài đặt của CP 1242-7 GPRS V2

Để đảm bảo rằng CP 1242-7 V2 có thể gửi hoặc nhận tin nhắn SMS, bạn phải: + Thiết lập truyền thông di động,

+ Thiết lập APN,

+ Nhập số điện thoại được ủy quyền

Bảng dưới đây chỉ ra cách cấu hình trạm S7-1200 với CP 1242-7 GPRS V2 để gửi / nhận tin nhắn SMS

Bảng 4.6 Cấu hình và cài đặt CP 1242-7 GPRS V2

1 Tạo một Project trên Tia A Portol V13

2 Thêm CPU S7-1200 cho trạm SIMATIC1 (Tối thiểu V4.1)

3 Thêm CP 1242-7 GPRS V2 to the station

+ Nhập số điện thoại lắp vào CP 1242-7 V2 + Activate the PIN number

+ Enable data services and GPRS + Make APN settings / depending on provider

Nhập số điện thoại được ủy quyền để nhận tin nhắn SMS

“Properties of the CP 1242-7 GPRS V2 > Security > Authorized phone

+ Station number + assword Telecontrol

Tạo đường truyền IP address và cổng port cho CP 1242-7

“Properties of the CP 1242-7 GPRS V2 > Partner sations > Telecontrol server”

+ Chọn Connection monitoring + Nhận IP Address

Ip này là ip tĩnh đường truyền (IP public) do nhà mạng cung cấp Ip này sẽ không thay đổi trong quá trình sử dụng Nếu nhà bạn không đăng ký mua địa chỉ ip tĩnh thì khi không sử dụng hoặc khởi động lại module mạng thì ip này sẽ bị thay đổi Khi đó bạn phải sửa lại cấu thì theo dung ip Public hiện tại đang dung và nạp lại chương trình vào PLC ( Ở trường hợp này máy tính điều khiển sẽ không thể kết nối với trạm được)

+ Partner port (giống với TCSB và port trên module mạng)

CHƯƠNG 5 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TIA

PORTAL VÀ WINCC RUNTIME ADVANCED V13

5.1 Phần Mềm Tia Portal

5.1.1 Tổng quan

Phần mềm TIA Portal cung cấp một môi trường thân thiện cho chúng ta nhằm phát triển, chỉnh sửa và giám sát mạng logic được yêu cầu để điều khiển ứng dụng, bao gồm các công cụ dành cho quản lý và cấu hình tất cả các thiết bị trong dự án, như các thiết bị PLC hay HMI

TIA Portal cung cấp hai ngôn ngữ lập trình (LAD và FBD) để thuận tiện và có hiệu quả trong việc phát triển chương trình điều khiển đối với ứng dụng, và còn cung cấp các công cụ để tạo ra và cấu hình các thiết bị HMI trong đề án

Để cài đặt TIA Portal, cần đưa đĩa CD vào trong ổ CD-ROM của máy tính Trình cài đặt sẽ khởi động một cách tự động và nhắc trong suốt quá trình cài đặt

Cấu hình thiết bị:

Chúng ta tạo ra cấu hình thiết bị cho PLC bằng cách thêm một CPU và các Module bổ sung vào đề án

Hình 5.1 Kết cấu làm việc với TIA

(1) Mudule truyền thông (CM): Tối đa là 3, được chèn vào các khe số 101, 102 và

103

(2) CPU: Khe số 1

(3) Cổng Ethernet của CPU

(4) Bảng tín hiệu (SB): Tối đa là 1, được chèn vào CPU

(5) Module tín hiệu (SM) dành cho I/O tương tự hay số: Tối đa là 8, được chèn vào trong các khe từ 2 đến 9

5.1.2 Cách tạo project

Bước 1: từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V13

Bước 2 : Click chuột vào Create new project để tạo dự án

Bước 3 :Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create

Bước 4 : Chọn configure a device

Bước 5 : Chọn add new device

Bước 6 :Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add

Bước 7 : Project mới được hiện ra