TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC S7-1200
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG INTERNET
Cán bộ hƣớng dẫn :
ThS. BÙI THÚC MINH
Sinh viên thực hiện :
BÙI GIA KHÁNH

Khóa 51
Khánh Hòa, 2013


i

LỜI CẢM
Ơ
N

Trải qua bốn năm học đại học đầy căng thẳng và thú vị, tôi và các bạn trong
lớp 51DDT đã đƣợc các thầy cô trong bộ môn cũng nhƣ toàn thể giảng viên trong
toàn trƣờng truyền thụ những kiến thức thật quý giá và bổ ích cho tất cả chúng em. Vì
vậy lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn toàn bộ những giảng viên đã truyền đạt
kiến thức cho chúng em trong những năm qua.
Tiếp theo em muốn gửi lời cảm ơn đến thầy Bùi Thúc Minh, ngƣời đã trực
tiếp và tận tình hƣớng dẫn em trong suốt thời gian làm đồ án. Em xin chân thành
cảm ơn thầy.
Em cũng xin chân thành cảm ơn bố mẹ, ngƣời thân và bạn bè. Những ngƣời đã
giúp đỡ về mặt tinh thần cũng nhƣ vật chất rất nhiều để em có thể hoàn thành tốt đồ án
này. Xin chân thành cảm ơn mọi ngƣời.

Nha Trang, tháng 6 năm 2013
Sinh viên
Bùi Gia Khánh

ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM
Ơ
N
i
MỤC LỤC ii

2.1.4.2. Cấu hình giao diện PROFINET 18
2.1.5. Bảo vệ bằng mật khẩu cho CPU S7-1200 19
2.1.6. Tải chƣơng trình xuống CPU 20
2.1.7. Giám sát và thực hiện chƣơng trình 22
2.2. KỸ THUẬT LẬP TRÌNH 23
2.2.1. Vòng quét chƣơng trình 23
2.2.2. Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS 24
2.2.3. Hàm chức năng – FUNCTION 25
2.3. TẬP LỆNH LẬP TRÌNH 26
2.3.1. Bit logic 26
2.3.2. Sử dụng bộ Timer 27
2.3.3. Sử dụng bộ Counter 28
2.3.4. So sánh 29
2.3.5. Toán học 29
2.3.6. Di chuyển MOVE 30
2.3.7. Các lệnh định tỷ lệ và chuẩn hóa 31
2.3.8. Các lệnh đếm thời gian 32
2.3.9. Lệnh toán tử word logic 33
CHƢƠNG 3 WEB SERVER 34
3.1. TRANG WEB CHUẨN 34
3.1.1. Kích hoạt Web server 34
3.1.2. Truy cập trang web chuẩn 34
3.1.3. Chức năng phân quyền sử dụng 35
3.1.4. Trang Introduction 35
3.1.5. Trang Start page 36
3.1.6. Trang Identification 36
3.1.7. Trang Diagnostic Buffer 37
3.1.8. Trang Module Information 37
3.1.9. Trang Communication 38
3.1.10. Trang Variable Status 39

4.1. LÝ DO CHỌN MÔ HÌNH 59
4.2. HƢỚNG THỰC HIỆN MÔ HÌNH 59
4.3. GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ TRONG MÔ HÌNH 60

v

4.3.1. PLC Simatic S7-1200 60
4.3.2. Khí cụ điện CB 60
4.3.3. Relay trung gian 60
4.3.4. Van điện từ 61
4.3.5. Bơm nguyên liệu 61
4.3.6. Bộ nguồn 62
4.3.7. Động cơ DC 62
4.3.8. Cảm biến áp suất 63
4.3.9. Công tắc hành trình 63
4.4. SƠ ĐỒ ĐIỆN VÀ CÁC QUY ƢỚC TRONG MÔ HÌNH 64
4.4.1. Sơ đồ kết nối PLC 64
4.4.2. Mạch động lực 64
4.5. YÊU CẦU KỸ THUẬT PHƢƠNG PHÁP PHA MÀU SƠN 65
4.6. ĐIỀU KHIỂN MÁY PHA MÀU TỰ ĐỘNG VÀ PHÂN LOẠI 66
4.6.1. Quy trình xử lý điều khiển 66
4.6.2. Quy định địa chỉ vào ra trong PLC 67
4.6.3. Mô hình hệ thống pha màu tự động và phân loại 67
4.6.3.1. Các bồn chứa màu cơ bản 68
4.6.3.1. Bơm và các van xả của các màu cơ bản 68
4.6.3.2. Bồn định lƣợng 69
4.6.3.3. Cảm biến áp suất và van xả bồn định lƣợng 69
4.6.3.4. Bồn trộn, động cơ trộn và van xả bồn trộn 69
4.6.3.5. Băng tải chính và thùng đựng sơn thành phẩm 70
4.6.3.6. Băng tải phụ và cần gạt phân loại 70

vii

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1. Thành phần PLC S7-1200 5
Hình 1. 2. Các bảng tín hiệu của PLC S7-1200 7
Hình 1. 3. Các module tín hiệu của PLC S7-1200 8
Hình 1. 4. Các module truyền thông của PLC S7-1200 8
Hình 2. 1. Kết cấu làm việc với TIA 9
Hình 2. 2. Thêm thiết bị mới vào đề án kiểu Portal 10
Hình 2. 3. Thêm thiết bị mới vào đề án kiểu Project 10
Hình 2. 4. Hộp thoại "Add New Device" 10
Hình 2. 5. Device view của cấu hình phần cứng 11
Hình 2. 6. Thuộc tính cài đặt IP PLC 11
Hình 2. 7. Lệnh “Hardware detection” trong mục “Online” 12
Hình 2. 8. Cấu hình của thiết bị đƣợc kết nối 12
Hình 2. 9. Lựa chọn thiết bị đƣợc tìm thấy 13
Hình 2. 10. Các mục trong thẻ “Properties” 13
Hình 2. 11. Kiểm tra PLC không có IP 16
Hình 2. 12. Online & diagnostics PLC 16
Hình 2. 13. Hộp thoại “Online & diagnostics" 17
Hình 2. 14. Nhập IP của PLC 17

Hình 3. 12. Giao diện Data Logs 39
Hình 3. 13. Giao diện User-defined web pages 40
Hình 3. 14. Sơ đồ thể hiện tổng quát cách nhúng User-defined web 41
Hình 3. 15. Input Target Level 43
Hình 3. 16. Submit setting 44
Hình 3. 17. Giao diện để cấu hình cho Web server 47
Hình 3. 18. Khối lệnh WWW 48
Hình 3. 19. Chƣơng trình minh họa WWW 48
Hình 3. 20. Sơ đồ liên kết trong mạng LAN 49
Hình 3. 21. Sơ đồ liên kết trong mạng WAN 50
Hình 3. 22. Các thiết bị kết nối của Ví dụ 51
Hình 3. 23. Các thiết bị kết nối máy tính với PLC 51
Hình 3. 24. Cài đặt giá trị IP của PLC 52
Hình 3. 25. Đăng nhập vào cài đặt của Router 52

ix

Hình 3. 26. Công cụ NAT trong Advanced Setup 53
Hình 3. 27. Thông số cài đặt của NAT 53
Hình 3. 28. Kiểm tra Port và IP tĩnh Router 54
Hình 3. 29. Máy tính truy cập sử dụng Internet 3G 54
Hình 3. 30. Web Server PLC S7-1200 hiện lên trên Internet 55
Hình 3. 31. Đăng nhập vào Web Server 55
Hình 3. 32. Trang chúng ta điều khiển 56
Hình 3. 33. Đèn đã đƣợc bật thông qua điều khiển từ Internet 56
Hình 3. 34. Đèn đã đƣợc tắt thông qua điều khiển từ Internet 57
Hình 3. 35. Nhập giá trị vào PLC. 57
Hình 3. 36. Tải giá trị xuống PLC thành công. 58
Hình 4. 1. PLC S7-1200 60
Hình 4. 2. Khí cụ điện CB 60
xi

DANH MUC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1. Thông số kỹ thuật các loại CPU 6
Bảng 1. 2. Danh sách Modul hỗ trợ PLC 7
Bảng 2. 1. Kết Module vào PLC 15
Bảng 2. 2. Các cấp độ bảo mật PLC 20
Bảng 2. 3. Tập lệnh Bit logic 26
Bảng 2. 4. Các tập lệnh Timer 27
Bảng 2. 5. Các lệnh Counter 28

LAD
Ladder Diagram: ngôn ngữ lập trình trực quan.
FBD
Function Block Diagram: ngôn ngữ lập trình logic.
HMI
Human Machine Interface: Màn hình giao tiếp ngƣời dùng.
DI
Digital Input: đầu vào số.
DO
Digital Output: đầu ra số.
AI
Analog Input: đầu vào tƣơng tự.
SM
Modul tín hiệu
CM
Modul truyền thông
SB
Bảng tín hiệu trên PLC
RS232 &
RS485
Cổng kết nối dạng com
TCP
Transport Control Protocol: giao thức truyền thông mạng
JavaScript
Ngôn ngữ lập tình Java.
Html
Ngôn ngữ lập trình Web cơ bản.
NAT
Network Address Translation: Chuyển đổi địa chỉ IP
IP

Hƣớng dẫn
Instruction
Chức năng biểu đồ
Funtion Chart
Kiểm soát quá trình
Process control
Bảo vệ
Protection
Chuẩn truyền thông
PROFINET
Thiết bị
Device
Bộ định tuyến
Router
Không xác định
Unspecified
Phần cứng
Hardware
Phát hiện
Detection
Cấu hình
Properties
Khởi động
Startup
Giá trị lên 1
TRUE
Giá trị xuống 0
FALSE
Gán giá trị
SET

Nhờ sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển logic
khả lập trình PLC (Programmable Logic Controller) đã xuất hiện thay thế các hệ thống
điều khiển rơ le. Càng ngày PLC đã trở nên hoàn thiện và đa năng hơn. Các PLC ngày
nay không những có khả năng thay thế hoàn toàn các thiết bị điều khiển logic cổ điển,
mà còn có khả năng thay thế các thiết bị điều khiển tƣơng tự. Các PLC đƣợc sử dụng
rộng rãi trong công nghiệp.
PLC có nhiề u ƣu điể m về điề u kh iể n, phƣơng diệ n quả n lý , kế t nố i thố ng nhấ t
giƣ̃ a cá c thiế t bị trong mạ ng truyề n thông vớ i nhau . Nhƣng môi trƣờ ng số hó a hiệ n nay
đò i hỏ i có thể kiể m soá t điề u khiể n công việ c tƣ̀ xa mọ i lú c mọ i nơi. Vì vậy để đáp ứng
nhu cầ u nà y cầ n dù ng đế n mạ ng truyề n thông khổ ng lồ Internet và công cụ Web để có
thể kiể m soá t và điề u khiể n hoạ t độ ng củ a PLC.
Sƣ̣ liên lạ c thố ng nhấ t giƣ̃ a cá c thiế t bị trong hệ thố ng hoạ t độ ng vớ i nhau và
vớ i trung tâm điề u hà nh tạ i chỗ và tƣ̀ xa là vô cù ng cầ n thiế t , đó là thế mạ nh củ a cá c
thiế t bị điề u khiể n công nghiệ p thế hệ mớ i . Tấ t cả có thể xây dƣ̣ ng và hoà n thiệ n nhờ
vào mạng Internet và WEB.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng nhƣ muốn làm quen và tìm hiểu việc điều
khiển hệ thống dùng PLC và mạng Internet! Nên em chọn đề tài: Nghiên cứu, ứng
dụng PLC S7-1200 điều khiển thiết bị qua mạng internet.
2. MỤC TIÊU 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.

2

Tìm hiểu xây dựng giao diện điều khiển Web Server để điều khiển PLC S7-
1200 thông quang mạng Internet.
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

PLC (Programmable Logic Control) là thiết bị có thể lập trình đƣợc thiết kế
chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lí từ đơn giản đến phức
tạp, tuỳ thuộc vào ngƣời điều khiển mà có thể thực hiện một loạt các chƣơng trình
hoặc sự kiện này đƣợc kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (hay còn gọi là ngõ vào)
tác động vào PLC hoặc qua các bộ định thời (Timer) hay các sự kiện đƣợc đếm qua bộ
đếm. Khi một sự kiện đƣợc kích hoạt nó PLC bật ON, OFF hoặc phát ra một chuỗi
xung ra các thiết bị bên ngoài đƣợc gắn vào ngõ ra của PLC.
Nhƣ vậy nếu thay đổi các chƣơng trình đƣợc cài đặt trong PLC là có thể thực
hiện các chức năng khác nhau trong các môi trƣờng điều khiển khác nhau. Hiện nay
PLC đã đƣợc nhiều hãng khác nhau sản xuất nhƣ: Siemens, Omron, Mitsubishi, Pesto,
Alan Bradley, Shneider. Hitachi, …. Mặt khác PLC cũng đã bổ sung thêm các thiết bị
mở rộng khác nhƣ: Các cổng mở rộng AI (Analog Input), DI (Digital Input), các thiết
bị hiển thị, các bộ vào [7].
1.2. 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 đƣợc (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) đƣợc thiết kế nhằm thay thế phƣơng 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 nhƣ 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 đƣợc đƣa về
từ quá trình điều khiển, thực hiện các thao tác logic đƣợc lập trong chƣơng trình và
đƣa ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị tƣơng 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

4



5

thay đổi ngõ ra theo logic của chƣơng trình, có thể bao gồm các hoạt động nhƣ logic
Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết
bị thông minh khác.
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chƣơng
trình điều khiển:
 Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép cấu hình việc
truy xuất đến các chức năng của CPU.
 Có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong
một khối xác định.
CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET.
Các module truyền thông là có sẵn dành cho việc giao tiếp qua các mạng RS232 hay
RS485.
Cấu tạo của PLC S7-1200.

Hình 1. 1. Thành phần PLC S7-1200
(1) Bộ phận kết nối nguồn.
(2) Các bộ phận kết nối nối dây có thể tháo đƣợc và khe cắm thẻ nhớ
nằm dƣới nắp phía trên.
(3) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.
(4) Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU). 6

Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lƣợng
giúp cho chúng ta tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Bảng 1. 1. Thông số kỹ thuật các loại CPU

Bộ nhớ bit (M)
4096 byte
8192 byte
Độ mở rộng các module tín
hiệu
Không
2
8
Bảng tín hiệu
1
Các module truyền thông
3 (mở rộng về bên trái)
Các bộ đếm tốc độ cao
Đơn pha
Vuông pha
3
3 tại 100 kHz
3 tại 80 kHz
4
3 tại 100 kHz
1 tại 30 kHz
3 tại 80 kHz
1 tại 20 kHz
6
3 tại 100 kHz
3 tại 30 kHz
3 tại 80 kHz
3 tại 20 kHz
Các ngõ ra xung
2

Kiểu số
8 x DC In
8 x DC Out
8 x Relay Out
8 x DC In / 8 x DC Out
8 x DC In / 8 x Relay Out
16 x DC In
16 x DC Out
16 x Relay Out
16 x DC In / 16 x DC Out
16 x DC In / 16 x Relay
Out
Kiểu
tƣơng tự
4 x Analog In
8 x Analog In
2 x Analog In
4 x Analog In
4 x Analog In / 2 x Analog
Out
Bảng tín hiệu
(SB)
Kiểu số
_
_
2 x DC In / 2 x DC Out
Kiểu
tƣơng tự
_
1 x Analog In

Hình 1. 3. Các module tín hiệu của PLC S7-1200
1.3.4. 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 1. 4. Các module truyền thông của PLC S7-1200
(1) Các LED trạng thái dành cho module truyền thông.
(2) Bộ phận kết nối truyền thông.

9

CHƢƠNG 2
GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL
2.1. TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL [1]
Phần mềm TIA Portal cung cấp một môi trƣờng thân thiện cho chúng ta nhằm
phát triển, chỉnh sửa và giám sát mạng logic đƣợc 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 đề án, nhƣ 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 chƣơng 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 đƣa 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.