BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ)

Đề tài:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT BẰNG PLC S7-1200
THÔNG QUA MẠNG INTERNET

Giáo viên hướng dẫn: TH.S.NGUYỄN HOÀI BÃO
Sinh viên thực hiện:

TRẦN SỸ TUẤN

Mã số sinh viên:

56135030

Khánh Hòa, tháng 7 năm 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP



LỜI CẢM ƠN
Kính thưa:
-

Ban giám hiệu trường Đại Học Nha Trang

-

Thầy cô bộ môn khoa Điện – Điện tử
Trải qua thời gian 4 năm học tập, dưới sự chỉ bảo và dạy dỗ tận tình của các

thầy cô trong khoa cũng như thầy cô trong trường đã giúp chúng em tích lũy được kiến
thức nền tảng quý báu để có một hành trang vững chắc trước khi hòa nhập với xã hội.
Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn tới thầy T.S Nhữ Khải Hoàn - Trưởng khoa
Điện – Điện tử đã tạo điều kiện và cho phép em được thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Nguyễn Hoài Bão đã tận tình chỉ bảo giúp đỡ để
em có thể hoàn thành tôt đồ án. Em cũng xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô
trong và ngoài khoa Điện – Điện tử đã chỉ bảo nhiệt tình cho chúng em trong suốt thời
gian qua.
Tiếp theo xin cám ơn đến các bạn Phạm Hoàng Lân, Phạm Hữu Thạo cũng đã
nhiệt tình giúp đỡ bạn trong suốt thời gian làm đồ án
Trong quá trình thực hiện đề tài, ngoài vận dụng kiến thức và khả năng của
mình em còn tìm hiểu thực tế tham quan tại một số công ty điện tử chuyên về Smart
home tại Nha Trang tham khảo ý kiến đóng góp của công ty cùng với những lời
khuyên chân thành từ những người xung quanh để hoàn thiện đồ án một cách tốt nhất.
Mặc dù vậy cũng không thể tránh khỏi sai sót mong quý thầy cô và bạn đọc góp ý để
đồ án ngày càng hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!


3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................... xiii
4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... xiii
5. Nội dung chính đồ án ........................................................................................ xiii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH ................................... 1
1.

Giới thiệu về một số ngôi nhà thông minh ............................................................ 1

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200 ............................................ 8
2.1. Giới thiệu chung .............................................................................................. 8
2.2. Đặc điểm bộ điều khiển lập trình ..................................................................... 8
2.3. Giới thiệu về plc s7-1200 ................................................................................ 9
2.3.1. Tổng quan về plc s7-1200 ..................................................................... 9
2.3.2. Các bảng tín hiệu ................................................................................. 12
2 .3.3. Các module tín hiệu ........................................................................... 13
2.3.4. Các module truyền thông .................................................................... 13
CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL .................................... 15
3.1. Tổng quan về phần mềm tia portal [1] ........................................................... 15
3.1.1. Tạo ra cấu hình của thiết bị, thêm một thiết bị vào đề án .................... 16
3.1.1.1. Thêm thiết bị mới vào đề án...................................................... 16
trong kiểu xem portal, chọn “device & .............................................. 16
3.1.1.2. Nhận biết cấu hình của một cpu chưa xác định ......................... 18
3.1.2. Cấu hình sự hoạt động của cpu............................................................ 20
3.1.3. Thêm các module vào cấu hình ........................................................... 21
3.1.4. Cấu hình một địa chỉ ip trong đề án..................................................... 22
3.1.4.1. Gán một địa chỉ ip trực tuyến .................................................... 22
iv


3.1.4.2. Cấu hình giao diện profinet ....................................................... 25

4.2.1. Cách tạo một trang html ...................................................................... 49
4.2.2. Các lệnh awp hỗ trợ cho web server s7-1200 ...................................... 49
4.2.3. Cấu trúc chung .................................................................................... 50
4.2.4. Các lệnh awp ....................................................................................... 50
4.2.4.1. Đọc biến từ plc .......................................................................... 50
v


4.2.4.2. Ghi biến xuống plc .................................................................... 51
4.2.4.3. Đọc các biến đặc biệt ................................................................ 52
4.2.4.4. Ghi các biến đặc biệt ................................................................. 53
4.2.4.5. Sử dụng bí danh cho các biến tham khảo .................................. 54
4.2.4.6. Xác định enum .......................................................................... 55
4.2.5. Cấu hình các trang web chúng ta tự định nghĩa ................................... 55
4.2.6. Lập trình để kích hoạt trang web chúng ta tự định nghĩa: ................... 56
4.3. Truy cập web server ...................................................................................... 57
4.3.1. Truy suất web server trên mạng wan ................................................... 57
4.4. Thực nghiệm sử dụng web server điều khiển plc........................................... 58
4.4.1. Thực nghiệm sử dụng web server điều khiển plc bằng mạng internet . 58
4.4.1.1. Kết nối các thiết bị xây dựng hệ thống liên kết của ví dụ.......... 58
4.4.1.2. Thực hiện các thao tác cài đặt ip plc vào router adsl ................. 60
4.4.1.3. Thao tác truy cập web server từ mạng internet.......................... 62
CHƯƠNG 5 : LẬP TRÌNH VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH QUA INTERNET .......... 65
5.1 mô hình nhà thông minh ....................................................................................... 65
5.1.1. Hệ thống thông minh được lắp đặt trong mô hình. ........................................... 65
5.1.1.1. Cửa,rèm tự động ........................................................................................ 66
5.1.1.2. Chống trộm bằng module sim 900a ........................................................... 68
5.1.1.3. Cổng nhà tự động có khóa số bảo mật ....................................................... 76
5.2. Sơ đồ kết nối plc .................................................................................................. 84
5.3. Nguyên lý hoạt động của mô hình ....................................................................... 85

Hình 2. 2. Các bảng tín hiệu của PLC S7-1200 ......................................................... 13
Hình 2. 3. Các module tín hiệu của PLC S7-1200 ..................................................... 13
Hình 2. 4. Các module truyền thông của PLC S7-1200 ............................................. 14
Hình 3. 1. Kết cấu làm việc với TIA .......................................................................... 15
Hình 3. 2. Thêm thiết bị mới kiểu Portal ................................................................... 16
Hình 3. 3. Thêm thiết bị mới vào đề án kiểu Project ................................................. 16
Hình 3. 4. Hộp thoại "Add New Device" ................................................................... 17
Hình 3. 5. Device view của cấu hình phần cứng ........................................................ 17
Hình 3. 6. Thuộc tính cài đặt IP PLC ......................................................................... 18
vii


Hình 3. 7. Lệnh “Hardware detection” trong mục “Online” ...................................... 19
Hình 3. 8. Cấu hình của thiết bị được kết nối ............................................................ 19
Hình 3. 9. Lựa chọn thiết bị được tìm thấy ................................................................ 19
Hình 3. 10. Các mục trong thẻ “Properties”............................................................... 20
Hình 3. 11. Kiểm tra PLC không có IP ...................................................................... 23
Hình 3. 12. Online & diagnostics PLC ...................................................................... 23
Hình 3. 13. Hộp thoại “Online & diagnostics"........................................................... 24
Hình 3. 14. Nhập IP của PLC .................................................................................... 24
Hình 3. 15. Kiểm chứng lại IP PLC ........................................................................... 25
Hình 3. 16. Cổng Profinet của PLC S7-1200 ............................................................. 25
Hình 3. 17. Bảng cấu hình cài đặt IP cho PLC S7-1200 trên TIA Portal ................... 26
Hình 3. 18. Cài đặt mật khẩu PLC ............................................................................. 26
Hình 3. 19. Tải chương trình xuống PLC .................................................................. 28
Hình 3. 20. Hiển thị các kết nối với PLC ................................................................... 28
Hình 3. 21. Kết thúc qua trình tải xuống .................................................................... 29
Hình 3. 22. Giám sát chương trình qua Monitor ........................................................ 29
Hình 3. 23. Bật giám sát chương trình Monitor ......................................................... 30
Hình 3. 24. Cấu trúc lập trình .................................................................................... 30

Hình 4. 23. Giao diện đăng nhập vào wed của rout ................................................... 60
Hình 4. 24. Mục tạo Port 80....................................................................................... 61
Hình 4. 25. Hoàn thành việc tạo Port 80 .................................................................... 62
Hình 4. 26. Kiểm tra IP tĩnh của mạng internet ......................................................... 62
Hình 4. 27. Giao diện đăng nhập PLC ....................................................................... 63
ix


Hình 4. 28. Ô điền ID ................................................................................................ 63
Hình 4. 29. Đăng nhập thành công trên web .............................................................. 64
Hình 4. 30. Giao diện web tự lập ............................................................................... 64
Hình 5.1: Mô hình nhà hoàn thiện ............................................................................. 65
Hình 5.2 : Cửa tự động .............................................................................................. 66
Hình 5.3 : Động cơ, Relay trung gian ..................................................................................... 66

Hình 5.4 Sơ đồ chân Relay ........................................................................................ 67
Hình 5.5 : Rèm cửa tự động ................................................................................................... 68
Hình 5.6 : Bo mạch arduino ................................................................................................... 68
Hình 5.7 : Vi sử lý của arduino .............................................................................................. 69

Hình 5.8 : Các cổng vào/ra cửa mạch arduino ........................................................... 72
Hình 5.9 : Cảm biến vật cản hồng ngoại V1 .............................................................. 73
Hình 5.10 : Cổng nhà ................................................................................................. 77
Hình 5.11: Keypad 3x4........................................................................................................... 78
Hình 5.12 : Servo Tower Pro 9g phổ biến .................................................................... 78

Hình 5.13 : LCD ........................................................................................................ 79
Hình 5.14. Sơ đồ kết phần cứng PLC ........................................................................ 85
Hình 5.15. Bật đèn phòng khách................................................................................ 85
Hình 5.16. Danh sách tag được gắn trên PLC ............................................................ 86

MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Ngày nay, với sự phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, việc ứng
dụng các hệ thống điều khiển tự động trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp,
cũng như trong các thiết bị dân dụng nhằm nâng cao tính linh hoạt trong sản xuất và
chất lượng sản phẩm, phục vụ những nhu cầu và lợi ích của con người ngày càng
nhiều.
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 trương tự. Các PLC
được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
PLC có nhiều ưu điểm về điều khiển, phương diện quản lý , kết nối thống nhất giữa
các thiết bị trong mạng truyền thông với nhau . Nhưng môi trường số hóa hiện nay đòi
hỏi có thể kiểm soát điều khiển công việc từ xa mọi lúc mọi nơi. Vì vậy để đáp ứng
nhu cầu này cần dùng đến mạng truyền thông khổng lồ Internet và công cụ Web để có
thể kiểm soát và điều khiển hoạt động của PLC.
Sự liên lạc thố ng nhất giữa các thiết bị trong hệ thống hoạt động với nhau và
với trung tâm điều hành tại chỗ và từ xa là vô cùng cần thiết, đó là thế mạnh của các
thiết bị điều khiển công nghiệp thế hệ mới . Tất cả có thể xây dựng và hoàn thiện nhờ
vào mạng Internet và WEB.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng như muốn làm quen và tìm hiểu việc điều
khiển hệ thống dùng PLC và mạng Internet! Nên chúng 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.Tìm hiểu xây dựng giao diện điều khiển Web Server để điều khiển PLC


xiii


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH
1. GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ NGÔI NHÀ THÔNG MINH

Hình 1.1 : Nhà thông minh trong thực tế

Chỉ một nút bấm
Thông thường để điều khiển tất cả các thiết bị trong nhà, bạn cần tới hàng chục công
tắc, thậm chí với căn nhà lớn hàng trăm công tắc. Với nhà thông minh Bkav
SmartHome, bạn có thể điều khiển tất cả bằng một vài nút bấm trên màn hình cảm ứng
của smartphone hay máy tính bảng. Bạn cũng có thể điều khiển và kiểm soát ngôi nhà
thông qua giao diện trực quan 3D, ở đó các thiết bị được mô phỏng giống như đang sử
dụng thực tế, chỉ cần chạm vào thiết bị tương ứng trong màn hình để điều khiển

Hình 1.2: Ảnh minh họa 1

Chạm để điều khiển
1


Ví dụ sau giúp bạn hình dung được phần nào hoạt động của hệ thống: Khi khách đến,
bạn chỉ cần chạm vào “Tiếp khách”, đèn phòng khách bật sáng rực rỡ, rèm kéo lên,
điều hòa giảm xuống độ mát sâu hơn, giảm âm lượng nhạc phát… thông thường để
làm được việc này bạn phải chạy khắp căn phòng và bấm rất nhiều công tắc. Thật tiện
nghi khi chỉ cần chạm vào một nút trên màn hình. Một ví dụ khác khi đi ngủ, thay vì
phải kéo rèm, đóng cửa, tắt điện, mò mẫm đi lên giường, bạn chỉ việc chạm vào “Đi
ngủ” trên điện thoại hoặc máy tính bảng, hệ thống sẽ thực hiện giúp bạn những điều

Hầu hết chúng ta ai cũng biết đến tỷ phú Bill Gates với ngôi nhà thông minh nổi tiếng
thế giới của ông. Khi nghĩ tới nhà thông mình, người ta ngầm hiểu chỉ có những tỷ phú
hàng đầu thế giới như Bill Gates mới có thể sở hữu. Tuy nhiên, nền tảng nhà thông
minh Bkav SmartHome với những công nghệ tiên tiến ngày nay, đã khiến nhà thông
minh trở nên phổ biến, mà bạn cũng có thể sở hữu

Hình 1.6: Ảnh minh họa 5

Hệ thống điều khiển rèm mành :
Với Bkav SmartHome, hệ thống rèm mành ngoài việc điều khiển từ xa, chế độ đóng
mở theo các kịch bản đặt trước, hệ thống còn cho phép điều khiển kết hợp với hệ
thống ánh sáng, âm thanh, giải trí đa phương tiện… theo các kịch bản mong muốn,
phù hợp trong các tình huống sử dụng trong thực tế như tiếp khách, xem phim, đi ngủ.
Bkav Smarthome còn tự động hoạt động theo thói quen của người dùng, như buổi sáng
rèm tự động kéo lên, đi ngủ rèm tự động đóng lại, hệ thống còn phân biệt được nhu
cầu ánh sáng của mùa đông, mùa hè khác nhau để tự động điều chỉnh đóng mở cho
phù hợp. Với giao diện điều khiển trực quan 3D, trên màn hình cảm ứng người dùng
có thể bấm trực tiếp vào rèm mành để điều khiển

4


Hình 1.7: Ảnh minh họa 6

An toàn với hệ thống an ninh thông minh
Hệ thống an ninh trong ngôi nhà nắm giữ vai trò quan trọng, bảo vệ ngôi nhà 24/7,
kiểm soát các nguy cơ cháy nổ (rò rỉ khí gas, chập điện), bị xâm nhập trái phép… Hệ
thống này gồm các thiết bị kiểm soát vào ra ACS (chuông cửa có hình kết hợp kiểm
soát vào ra bằng vân tay, mã số, thẻ từ), cảm biến phát hiện người, cảm biến phát hiện
kính vỡ, cảm biến khói, hệ thống IP camera ghi hình, hàng rào điện tử...



kế phải hiện đại, cao cấp. Các thiết bị được sản xuất theo tiêu chuẩn công nghiệp, đạt
chứng chỉ tiêu chuẩn Châu Âu (CE).

Hình 1.11: Ảnh minh họa 10

Triển khai SmartHome hiện thực hơn bạn nghĩ
Với các công nghệ kết nối tiên tiến nhất như công nghệ truyền dữ liệu không dây
chuyên dụng Zigbee, công nghệ truyền dữ liệu trên đường điện PLC… hệ thống nhà
thông minh Bkav SmartHome có thể dễ dàng triển khai trên các ngôi nhà đang sử dụng
hoặc xây mới mà không phải đi lại đường điện hay sửa đổi hạ tầng. Thực tế sử dụng,
nhu cầu phát sinh và thay đổi là điều không tránh khỏi, bởi vậy với thiết kế không dây
rất tiện lợi cho việc mở rộng và thay đổi nhu cầu của bạn. Ví dụ trong quá trình sử
dụng, gia đình bạn có nhu cầu xây thêm phòng mới, mở rộng phòng cũ hay đơn giản là
lắp thêm một bể cá (có nhu cầu điều khiển ánh sáng, máy lọc nước theo các tiêu
chuẩn), với Bkav SmartHome tất cả sự thay đổi này đều có thể tích hợp vào hệ thống
thông minh một cách đơn giản...

7


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG
PLC (Programmable Logic Control) là thiết bị có thể lập trình được thiết kế
chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lí từ đơn giản đến phức
tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà có thể thực hiện một loạt các chương trình
hoặc sự kiện này được 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 được đếm qua bộ
đếm. Khi một sự kiện được kích hoạt nó PLC bật ON, OFF hoặc phát ra một chuỗi

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.
Khả năng kháng nhiễu tốt.
Cấu trúc dạng Modul cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối thêm Modul
mở rộng vào/ ra) và thêm chức năng (nối thêm Modul chuyên dùng).
Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra được chuẩn hoá.
Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng Ladder, Instruction và Funtion Chart, dễ hiểu
và dể sử dụng.
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).
2.3. GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200
2.3.1. TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200
Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để
điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động. Sự kết hợp
giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7- 1200
trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng
khác nhau
Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ra
trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ. Sau khi
tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và
điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng. CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi
ngõ ra theo logic của chương trình, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean,

9