Nghiên cứu lắp đặt & ứng dụng mạng truyền thông công nghiệp cho thiết bị phòng thực hành PLC siemens x5.12 :Khóa luận tốt nghiệp khoa Công nghệ Điện

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU LẮP ĐẶT & ỨNG DỤNG MẠNG TRUYỀN

THÔNG CÔNG NGHIỆP CHO THIẾT BỊ PHÒNG THỰC

HÀNH PLC SIEMENS X5.12

SINH VIÊN: TRẦN NGỌC PHÚC 16025661

TRẦN MINH TRÍ 16037161

NGUYỄN LÊ BẢO THIỆN 16048631

LỚP: DHDKTD12B

GVHD: ThS. VÕ TRUNG THƯ

TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2020

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SV: NGỌC PHÚC – MINH TRÍ – BẢO THIỆN

i

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài

Trần Ngọc Phúc – 16025661

Nguyễn Lê Bảo Thiện - 16048631

Trần Minh Trí – 16037161

2. Tên đề tài

NGHIÊN CỨU LẮP ĐẶT & ỨNG DỤNG MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG

NGHIỆP CHO THIẾT BỊ PHÒNG THỰC HÀNH PLC SIEMENS X5.12

3. Nội dung

Lắp đặt HMI KTP400 Basic. Kết nối các thiết bị trong phòng thực hành qua HUB

và mạng truyền thông. Lập trình điều khiển giám sát theo một số yêu cầu công nghệ cho

thiết bị, mô hình thông qua mạng truyền thông công nghiệp.

4. Kết quả

Hiểu rõ hơn về mạng truyền thông công nghiệp và các ứng dụng. Khả năng ứng

dụng mô hình vào học tập. Các thiết bị trong phòng thực hành có khả năng giao

tiếp và điều khiển nhau.

Giảng viên hướng dẫn Tp. HCM, ngày tháng năm 2019

Sinh viên

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SV: NGỌC PHÚC – MINH TRÍ – BẢO THIỆN

ii

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SV: NGỌC PHÚC – MINH TRÍ – BẢO THIỆN

iii

MỤC LỤC

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ......................................................i

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN..................................................ii

MỤC LỤC ................................................................................................................iii

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH ............................................................................ix

DANH SÁCH BẢNG BIỂU .................................................................................. xiv

LỜI MỞ ĐẦU............................................................................................................ 0

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN THIẾT BỊ PHÒNG X5.12 .............. 1

1.1. TỔNG QUAN VỀ PLC S7 300................................................................. 1

1.1.1. CPU S7-300 ............................................................................................ 2

1.1.2. Một số đặc tính kỹ thuật của một số CPU S7-300.............................. 3

1.1.3. Kết nối..................................................................................................... 4

1.1.4. Các module mở rộng ............................................................................. 6

1.1.5. Ngôn ngữ lập trình ................................................................................ 7

1.2. TỔNG QUAN VỀ HMI KTP400 BASIC PN.......................................... 7

1.2.1. Phần mềm............................................................................................... 9

1.2.2. Truyền Thông ........................................................................................ 9

1.3. MÔ HÌNH PHÂN LOẠI, NHẬP VÀ XUẤT KHO THÀNH PHẨM ... 9

1.3.1. Mô hình................................................................................................... 9

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SV: NGỌC PHÚC – MINH TRÍ – BẢO THIỆN

iv

1.3.2. Sơ đồ bố trí thiết bị.............................................................................. 10

1.3.3. Sơ đồ đấu dây....................................................................................... 11

1.3.4. Bố trí địa chỉ trên HMI....................................................................... 13

1.3.5. Địa chỉ các biến khâu nhập kho ......................................................... 13

1.3.6. Địa chỉ các biến khâu xuất kho .......................................................... 14

1.3.7. Nguyên lý hoạt động............................................................................ 15

1.4. MÔ HÌNH CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHAI................................. 16

1.4.1. Mô hình................................................................................................. 16

1.4.2. Sơ đồ bố trí thiết bị.............................................................................. 17

1.4.3. Sơ đồ đấu dây....................................................................................... 17

1.4.4. Bố trí địa chỉ trên HMI....................................................................... 19

1.4.5. Địa chỉ biến của chương trình............................................................ 19

1.4.6. Nguyên lý hoạt động............................................................................ 21

1.5. BIẾN TẦN SIEMENS ............................................................................. 21

1.5.1. Tổng quan ............................................................................................ 21

1.5.2. Thông số kỹ thuật................................................................................ 24

1.5.3. Module nguồn SINAMICS PM240 0.37kW 400V............................ 25

1.5.4. Tính năng Biến tần Sinamic G120 ..................................................... 26

1.5.5. Phạm vi sử dụng của biến tần ............................................................ 27

1.6. MẠNG TRUYỀN THÔNG..................................................................... 27

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SV: NGỌC PHÚC – MINH TRÍ – BẢO THIỆN

v

1.6.1. Cấu trúc mạng truyền thông công nghiệp ........................................ 27

1.6.2. Mạng công nghiệp Siemens ................................................................ 28

CHƯƠNG 2: PHẦN MỀM LẬP TRÌNH ỨNG DỤNG...................................... 30

1.7. PHẦN MỀM TIA PORTAL V15 ........................................................... 30

1.7.1. Tổng quan về phần mềm..................................................................... 30

a. Tính năng chính................................................................................ 30

b. Ngôn ngữ lập trình đa dạng ............................................................. 30

c. Chuẩn đoán và trực truyền............................................................... 31

1.7.2. Ứng dụng cho trạm PLC .................................................................... 31

a. Cấu hình phần cứng ......................................................................... 31

b. Viết chương trình.............................................................................. 35

c. Thiết lập địa chỉ truyền thông IP ..................................................... 37

d. Các lệnh sử dụng .............................................................................. 39

e. Dowload, upload chương trình......................................................... 44

1.7.3. Ứng dụng cho HMI ............................................................................. 46

a. Cấu hình phần cứng ......................................................................... 46

b. Thiết lập địa chỉ truyền thông IP ..................................................... 52

c. Dowload, upload chương trình......................................................... 53

1.7.4. Ứng dụng cho biến tần........................................................................ 54

a. Cài Startdrive (nếu chưa có) cho TIA PORTAL V15 ..................... 54

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SV: NGỌC PHÚC – MINH TRÍ – BẢO THIỆN

vi

b. Cấu hình biến tần Sinamics G120 240E-2PN................................. 55

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ GIAO DIỆN HMI....................................................... 61

3.1. THIẾT KẾ THIẾT BỊ NGÕ VÀO......................................................... 61

3.1.1. Màn hình chính, màn hình phụ, nhãn............................................... 61

a. Màn hình chính ................................................................................ 61

b. Màn hình phụ.................................................................................... 62

c. Nhãn (Template) ............................................................................... 63

3.1.2. Vùng I/O HMI ..................................................................................... 66

3.1.3. Nút nhấn............................................................................................... 67

3.1.4. Công tắc................................................................................................ 69

3.2. THIẾT BỊ HIỂN THỊ NGÕ RA............................................................. 71

3.2.1. Đèn báo................................................................................................. 71

3.2.2. Thanh hiển thị...................................................................................... 73

CHƯƠNG 4: TRUYỀN THÔNG PROFINET .................................................... 77

4.1. LÝ THUYẾT TRUYỀN THÔNG BẰNG PROFINET........................ 77

4.1.1. Kết nối Local với Partner ................................................................... 77

4.1.2. Truyền thông giao thức mở - OUC.................................................... 77

a. Connection ID của truyền thông giao thức mở - OUC................... 77

b. Các giao thức truyền thông (Protocol)............................................. 78

c. Chuẩn truyền thông với TCP và ISO của TCP ............................... 79

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SV: NGỌC PHÚC – MINH TRÍ – BẢO THIỆN

vii

d. Truyền nhận dữ liệu với TSEND_C và TRCV_C ........................... 80

4.1.3. Truyền thông kết nối giữa các CPU S7 ............................................. 80

a. Lệnh nhận dữ liệu GET.................................................................... 80

b. Lệnh truyền dữ liệu PUT.................................................................. 81

4.2. TRUYỀN THÔNG PLC CHỦ VỚI MỘT TRẠM PLC TỚ ............... 82

4.2.1. Trạm chủ PLC S7 300 với trạm tớ PLC S7 300 ............................... 82

4.2.2. Trạm chủ PLC S7 300 với trạm tớ PLC S7 1200 ............................. 84

4.2.3. Trạm chủ PLC S7 1200 với trạm tớ PLC S7 1200 ........................... 85

4.2.4. Thiết kế truyền thông Profinet cho cả hệ thống ............................... 86

4.3. TRUYỀN THÔNG TRẠM CHỦ VỚI MỘT THIẾT BỊ NGOẠI VI. 88

4.3.1. Truyền thông giữa trạm PLC với PC................................................ 88

4.3.2. Truyền thông giữa trạm PLC với một HMI, hai HMI.................... 92

CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN QUA MẠNG TRUYỀN THÔNG.. 97

5.1. GIAO TIẾP GIỮA HAI MÔ HÌNH PHÂN LOẠI VÀ CHIẾT RÓT 97

5.1.1. Đặt vấn đề............................................................................................. 97

5.1.2. Lưu đồ thực hiện ................................................................................. 97

5.1.3. Chương trình Tia Portal..................................................................... 99

a. Màn hình HMI chương trình Comm............................................... 99

b. Chương trình trong Main Master .................................................. 100

c. Chương trình Main Slave............................................................... 103

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SV: NGỌC PHÚC – MINH TRÍ – BẢO THIỆN

viii

d. Chương trình con Export ............................................................... 104

e. Chương trình con Import ............................................................... 105

5.2. Điều khiển tốc độ động cơ qua biến tần............................................... 106

5.2.1 Cơ sở điều khiển tốc độ bằng PID....................................................... 106

5.2.2. Đọc xung encoder (tốc độ hồi tiếp) .................................................. 107

5.2.3. PID Control........................................................................................ 110

5.2.4. Sơ đồ đấu dây PLC, HMI, Biến tần, Motor.................................... 115

CHƯƠNG 6: XỬ LÝ LỖI.................................................................................... 117

KẾT LUẬN............................................................................................................ 118

1. Tổng kết...................................................................................................... 118

2. Hạn chế của đề tài ..................................................................................... 118

3. Hướng phát triển....................................................................................... 118

4. Ý nghĩa đề tài............................................................................................. 118

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 119

LỜI CẢM ƠN........................................................................................................ 120

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SV: NGỌC PHÚC – MINH TRÍ – BẢO THIỆN

ix

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Tổng quan CPU ...........................................................................................3

Hình 1.2 Module CPU314C-2PN/DP.........................................................................3

Hình 1.3 Đặc tính kỹ thuật của một số CPU S7-300..................................................4

Hình 1.4 Tổng quan giao thức Profibus......................................................................5

Hình 1.5 Các module mở rộng của PLC S7-300 ........................................................6

Hình 1.6 Sơ đồ rack của S7-300 .................................................................................7

Hình 1.7 Màn hình HMI KTP400 Basic PN...............................................................8

Hình 1.8 Truyền thông PROFINET giữa HMI và PLC..............................................9

Hình 1.9 Mô hình phân loại, nhập xuất thành phẩm ................................................10

Hình 1.10 Sơ đồ bố trí của mô hình phân loại..........................................................11

Hình 1.11 Sơ đồ đấu dây của mô hình phân loại......................................................12

Hình 1.12 Mô hình chiết rót và đóng nắp chai .........................................................16

Hình 1.13 Sơ đồ bố trí thiết bị của mô hình chiết rót ...............................................17

Hình 1.14 Sơ đồ đấu dây của mô hình chiết rót .......................................................18

Hình 1.15 Bảng vận hành cơ bản của SINAMICS BOP-2.......................................22

Hình 1.16 Bộ điều khiển (Control Unit) Siemens Sinamics G120 CU240E-2PN ...23

Hình 1.17 Chi tiết trên bảng vận hành......................................................................23

Hình 1.18 Cách vận hành biến tần bằng BOP-2.......................................................24

Hình 1.19 Module nguồn của biến tần Siemens G120 .............................................25

Hình 1.20 Cấu trúc mạng truyền thông công nghiệp................................................28

Hình 1.21 Mạng công nghiệp Siemens.....................................................................29

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SV: NGỌC PHÚC – MINH TRÍ – BẢO THIỆN

x

Hình 2.1 Tạo project mới..........................................................................................31

Hình 2.2 Cấu hình phần cứng ...................................................................................32

Hình 2.3 Thêm thiết bị..............................................................................................32

Hình 2.4 Chọn CPU phù hợp....................................................................................33

Hình 2.5 Cấu hình phần cứng PLC...........................................................................33

Hình 2.6 Gọi module mở rộng..................................................................................34

Hình 2.7 Thiết lập I/O...............................................................................................34

Hình 2.8 Thiết lập đầu cuối I/O................................................................................35

Hình 2.9 I/O bắt đầu từ 0.0 đến 1.7 ..........................................................................35

Hình 2.10 Truy cập OB1 để viết chương trình .........................................................36

Hình 2.11 Cửa sổ OB1..............................................................................................36

Hình 2.12 Thiết lập phần cứng PLC.........................................................................37

Hình 2.13 Truy cập Ethernet Interface .....................................................................38

Hình 2.14 Cách thay đổi IP cho PLC/moduleCP .....................................................38

Hình 2.15 Thiết lập địa chỉ IP và subnet ..................................................................38

Hình 2.16 Các bước để thiết lập IP...........................................................................39

Hình 2.17 Thêm subnet.............................................................................................39

Hình 2.18 Kiểm tra lỗi chương trình ........................................................................44

Hình 2.19 Kết quả kiểm tra.......................................................................................44

Hình 2.20 Download chương trình ...........................................................................45

Hình 2.21 Các bước download chương trình............................................................46

Hình 2.22 Thêm thiết bị............................................................................................47

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SV: NGỌC PHÚC – MINH TRÍ – BẢO THIỆN

xi

Hình 2.23 Chọn loại HMI phù hợp...........................................................................48

Hình 2.24 Trình khởi tạo HMI..................................................................................49

Hình 2.25 Liên kết HMI với PLC.............................................................................49

Hình 2.26 HMI và PLC đã liên kết...........................................................................50

Hình 2.27 Màn hình Screen Layout..........................................................................50

Hình 2.28 Màn hình System screens ........................................................................51

Hình 2.29 Màn hình Buttons ....................................................................................51

Hình 2.30 Thiết lập IP cho HMI...............................................................................53

Hình 2.31 Các bước download chương trình vào HMI............................................54

Hình 2.32 Drives trong TIA PORTAL V15 .............................................................55

Hình 3.1 Vị trí Root screen trên Project tree ............................................................61

Hình 3.2 Màn hình root screen .................................................................................62

Hình 3.3 Màn hình Template....................................................................................65

Hình 3.4 Chọn Template trên màn hình phụ ............................................................65

Hình 3.5 Vị trí phần tử I/O của HMI........................................................................66

Hình 3.6 Cài đặt I/O field .........................................................................................67

Hình 3.7 Vị trí phần tử nút nhấn...............................................................................67

Hình 3.8 Cấu hình nút nhấn......................................................................................68

Hình 3.9 Chọn chỉnh trạng thái cho nút nhấn...........................................................68

Hình 3.10 Cài đặt trạng thái nút nhấn.......................................................................69

Hình 3.11 Cài đặt Events cho nút nhấn ....................................................................69

Hình 3.12 Vị trí công tắc trên HMI ..........................................................................70

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SV: NGỌC PHÚC – MINH TRÍ – BẢO THIỆN

xii

Hình 3.13 Cài đặt công tắc........................................................................................70

Hình 3.14 Cài đặt Events cho công tắc.....................................................................71

Hình 3.15 Vị trí các phần tử hình học cơ bản của HMI ...........................................71

Hình 3.16 Cấu hình cho phần tử hình học (đèn báo)................................................73

Hình 3.17 Vị trí thanh hiển thị của HMI ..................................................................73

Hình 3.18 Cài đặt thanh hiển thị...............................................................................74

Hình 4.1 Kết nối truyền thông Ethernet giữa hai PLC .............................................82

Hình 4.2 Khối PUT/GET trong chương trình TIA PORTAL V15...........................83

Hình 4.3 Cấu hình kết nối PUT/GET .......................................................................84

Hình 4.4 Sơ đồ kết nối Ethernet và MPI của phòng X5.12 ......................................87

Hình 4.5 Cửa sổ Change Adapter Network ..............................................................89

Hình 4.6 Cài đặt TCP/IPv4 cho máy tính .................................................................90

Hình 4.7 Cửa sổ download chương trình vào PLC...................................................92

Hình 4.8 Vị trí cổng Ethernet trên cửa sổ Device Configuration .............................93

Hình 4.9 Truyền thông giữa trạm PLC chủ với các thiết bị khác.............................94

Hình 4.10 Kết nối nhiều PLC và HMI......................................................................94

Hình 5.1 Màn hình HMI tại phòng X5.12 ................................................................99

Hình 5.2 Sơ đồ điều khiển PID...............................................................................107

Hình 5.3 Cài đặt ngắt bộ đếm .................................................................................108

Hình 5.4 Cài đặt bộ đếm xung tốc độ cao...............................................................108

Hình 5.5 Cài đặt bộ đếm kênh 0 .............................................................................109

Hình 5.6 Cài đặt bộ đếm trên kênh 0 ......................................................................109