Đồ án Tốt Nghiệp Kỹ Thuật điện Tử Truyền Thông: Thiết Kế Và ... - 123doc

Tải bản đầy đủ (.pdf) (76 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Kỹ thuật
>>
3. Điện - Điện tử - Viễn thông

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện tử truyền thông: Thiết kế và thi công hệ thống giám sát trang trại chăn nuôi

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.77 MB, 76 trang )

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINHKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬBỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH---------------------------------ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPNGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNGĐỀ TÀI:THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNGGIÁM SÁT TRANG TRẠI CHĂN NUÔIGVHD: PGS Ts. Nguyễn Minh TâmSVTH: Nghiêm Sỹ TúMSSV: 15141325SVTH: Bùi Hải PhongMSSV: 13141235Tp. Hồ Chí Minh - 12/2019TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINHCỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMKHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚCBỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH----o0o---Tp. HCM, ngày … tháng … năm 2019NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHọ tên sinh viên:Bùi Hải PhongMSSV: 13141235Nghiêm Sỹ TúMSSV: 15141325Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử truyền thôngMã ngành: 41Hệ đào tạo:Mã hệ: 1Đại học chính quyLớp: 13141DT1BKhóa: 201515141DT2CI. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁTTRANG TRẠI CHĂN NUÔIII. NHIỆM VỤNội dung thực hiện:• Nội dung 1: Tìm hiểu PLC S7 – 1200.• Nội dung 2: Tìm hiểu cách kết nối của cảm biến nhiệt ẩm với PLC S7-1200.• Nội dung 3: Thiết kế mô hình hệ thống chuồng trại chăn nuối heo có giám sát.• Nội dung 4: Thiết kế mô hình toàn hệ thống.• Nội dung 5: Thi công mô hình hệ thống cơ khí, hệ thống điện.• Nội dung 6: Viết chương trình điều khiển cho hệ thống.• Nội dung 7: Thiết kế giao diện giám sát SCADA, giao diện hiển thị dữ liệucảm biến online.• Nội dung 8: Đánh giá kết quả thực hiện, cải tiến mô hình.III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 26/08/2019IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 28/12/2019V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:CÁN BỘ HƯỚNG DẪNPGS Ts. Nguyễn Minh TâmBM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINHiTRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINHCỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMKHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚCBỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH----o0o---Tp. HCM, ngày… tháng … năm 2019LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHọ tên sinh viên 1: Bùi Hải PhongLớp: 13141DT1BHọ tên sinh viên 2: Nghiêm Sỹ TúLớp: 15141DT2CMSSV: 13141235MSSV: 15141325Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT TRANGTRẠI CHĂN NUÔITuần/ngàyTuần 1(26/08/201901/09/2019)Tuần 2(02/09/201908/09/2019)Tuần 3(09/09201915/09/2019)Tuần 4(16/09/201922/09/2019)Tuần 5,6(23/09/20106/10/2019)Tuần 7,8(07/10/201920/10/2019)Tuần 9,10,11,12(21/10/2019 17/11/2019)Tuần 13,14(18/11/201901/12/2019)Tuần 15 (02/12 08/12/2019)20/12/2019Nội dungXác nhận GVHDNhận đồ án, tìm hiểu đề tàiTìm hiểu nội dung và hướng làm đề tài củaviệc điều khiển một hệ thống bằng PLC.Tìm hiểu PLC S7 – 1200Tìm hiểu cách kết nối truyền nhận dữ liệugiữa cảm biến và PLC S7-1200Tiến hành thiết kế phần cứng cho toàn hệthống.Tiến hành thiết kế và thi công hệ thốngđiện.Tiến hành lập trình cho hệ thống.Thiết kế giao diện giám sát SCADA, giaodiện hiển thị dữ liệu cảm biến trên web.Viết báo cáo, kiểm tra các phần cứng, hiệuchỉnh.Hoàn thành nhiệm vụ đồ án.GV HƯỚNG DẪN(Ký và ghi rõ họ và tên)ii•LỜI CAM ĐOANĐề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không saochép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Nếu có bất kỳ sự gian lận nào chúngtôi xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình.Người thực hiệnBùi Hải PhongNghiêm Sỹ TúiiiLỜI CẢM ƠNLời đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong TrườngĐại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM nói chung, các thầy cô và sinh viên trong khoaĐiện – Điện Tử nói riêng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng nhưcác môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiệngiúp đỡ em trong suốt quá trình học tập.Em cũng xin gửi lời tri ân và biết ơn sâu sắc đến PGS Ts. Nguyễn Minh Tâmngười đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm khoá luận.Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện,quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoáluận tốt nghiệp.Sinh viên thực hiện đồ ánBùi Hải PhongNghiêm Sỹ TúivMỤC LỤCNHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ..................................................................... iLỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ......................................... iiLỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ iiiLỜI CẢM ƠN .......................................................................................................ivMỤC LỤC.............................................................................................................. vLIỆT KÊ HÌNH VẼ............................................................................................ viiLIỆT KÊ BẢNG ...................................................................................................ixTÓM TẮT .............................................................................................................. xChương 1. TỔNG QUAN ...................................................................................... 11.1.ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................... 11.2.MỤC TIÊU ............................................................................................... 11.3.NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .....................................................................21.4.GIỚI HẠN ................................................................................................ 21.5.BỐ CỤC ...................................................................................................2Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .......................................................................... 42.1.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THEO DÕI VÀ GIÁM SÁT TRANGTRẠI CHĂN NUÔI. ................................................................................. 42.2.TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PLC S7-1200................................................ 42.3TRUYỀN THÔNG MODBUS TRÊN RS485 VỚI PLC S7-1200 ....... 132.4BƠM CHÌM 220V................................................................................. 162.5 ARDUINO UNO R3 ................................................................................. 20Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ........................................................... 293.1.MÔ HÌNH HỆ THỐNG .......................................................................... 293.1.1. Giới thiệu về hệ thống............................................................................. 293.1.2. Chức năng từng phần .............................................................................. 29v3.2.TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ............................................. 293.2.1. Sơ đồ khối hệ thống ................................................................................ 293.2.3. Sơ đồ kết nối PLC với toàn hệ thống ....................................................... 34Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................................. 354.1.GIỚI THIỆU........................................................................................... 354.2.THI CÔNG HỆ THỐNG ........................................................................ 354.2.1. Thi công phần khung của hệ thống.......................................................... 354.3LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG ............................................................. 374.3.1. Lưu đồ giải thuật ..................................................................................... 374.2.3. Phần mềm lập trình cho PLC ................................................................... 41Chương 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ ........................................... 495.1.KẾT QUẢ .............................................................................................. 495.2.NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ. .................................................................... 53Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................ 546.1.KẾT LUẬN ............................................................................................ 546.2.HƯỚNG PHÁT TRIỂN .......................................................................... 54TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 55PHẦN PHỤ LỤC ................................................................................................. 56viLIỆT KÊ HÌNH VẼHình 2. 1 : Tổng quan PLC S7-1200 ................................................................... 9Hình 2. 2: Bảng tín hiệu của PLC S7-1200........................................................ 11Hình 2. 3: Các Module tín hiệu PLC S7- 1200 .................................................. 12Hình 2. 4: Các module truyền thông PLC S7- 1200........................................... 13Hình 2. 5: Sơ đồ kết nối RS485 ......................................................................... 14Hình 2. 6: Cảm biến SHT10 .............................................................................. 15Hình 2. 7: Bơm chìm......................................................................................... 16Hình 2. 8: Động cơ DC 12V.............................................................................. 16Hình 2. 9: Nút nhấn........................................................................................... 17Hình 2. 10: Nút dừng khẩn cấp ......................................................................... 17Hình 2. 11: Relay trung gian 24V...................................................................... 18Hình 2. 12: Vít tải ............................................................................................. 18Hình 2. 13: Quạt thổi ........................................................................................ 19Hình 2. 14: Đèn sợi tóc ..................................................................................... 19Hình 2. 15: Những phiên bản của Arduino ........................................................ 21Hình 2. 16: Arduino Uno .................................................................................. 22Hình 2. 17: Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn .............................................. 24Hình 2. 18: Arduino đời đầu ............................................................................. 25Hình 2. 19: Các lỗ vít giúp cố định vị trí Arduino ............................................. 25Hình 2. 20: Các ngõ vào/ngõ ra của Arduino..................................................... 26Hình 2. 21: Các shield xếp chồng lên Arduino .................................................. 28Hình 2. 22: Một số shield thông dụng ............................................................... 28Hình 3. 1: Sơ đồ khối của hệ thống ................................................................... 30Hình 3. 2: Giao diện hệ thống scada .................................................................. 32Hình 3. 3: Giao diện web .................................................................................. 33Hình 3. 4: Sơ đồ chân của PLC ......................................................................... 34Hình 4. 1: Thiết kế phần khung hệ thống........................................................... 35Hình 4. 2: Bên ngoài bảng điều khiển ............................................................... 36Hình 4. 3: Bên trong bảng điều khiển. ............................................................... 36Hình 4. 4: Lưu đồ giải thuật chế độ bằng tay ..................................................... 38viiHình 4. 5: Lưu đồ giải thuật chế độ tự động ...................................................... 39Hình 4. 6: Lưu đồ giải thuật chế độ tự động ...................................................... 40Hình 4. 7: Tia Portal V14 .................................................................................. 42Hình 4. 8: Giao diện bắt đầu của chương trình .................................................. 42Hình 4. 9: Giao diện tạo dự án mới. .................................................................. 42Hình 4. 10: Giao diện bắt đầu của dự án mới .................................................... 43Hình 4. 11: Giao diện Devices & networks ....................................................... 43Hình 4. 12: Giao diện Add new device. ............................................................. 44Hình 4. 13: Giao diện làm việc.......................................................................... 44Hình 4. 14: Giao diện viết chương trình. ........................................................... 44Hình 4. 15: Giao diện web cập nhật giá trị của nhiệt độ - độ ẩm........................ 45Hình 4. 16: Giao diện SCADA quản lí hệ thống. ............................................... 45Hình 4. 17: Biểu tượng Visual studio ................................................................ 47Hình 4. 18: Giao diện tạo một project mới ........................................................ 47Hình 4. 19: Giao diện lựa chọn ......................................................................... 48Hình 4. 20: Cấu hình cho web. .......................................................................... 48Hình 5. 1: Mặt trước của hệ thống ..................................................................... 49Hình 5. 2: Mặt bên của hệ thống. ...................................................................... 50Hình 5. 3: Bên trong của hệ thống ..................................................................... 50Hình 5. 4: Giao diện giới thiệu trường của trang web. ....................................... 51Hình 5. 5: Giao diện giới thiệu đồ án của trang web .......................................... 51Hình 5. 6: Giao diện truy xuất toàn bộ dữ liệu cảm biển.................................... 52Hình 5. 7: Giao diện truy xuất dữ liệu theo thời gian và tên cảm biến ............... 53viiLIỆT KÊ BẢNGBảngTrangBảng 2. 1: Bảng phân loại chức năng của các dòng PLC S7- 1200........................... 9Bảng 2. 2: Bảng các module hỗ trợ PLC S7- 1200. ................................................ 11Bảng 2. 3: Một vài thông số của Arduino UNO R3………………………………...23viiTÓM TẮTNgày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điệntử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vựckhoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa… Do đó chúng ta cần phải nắmbắt và vận dụng điều khiển tự động một cách hiệu quả nhằm đóng góp vào sự pháttriển khoa học kỹ thuật của thế giới nói chung và trong sự phát triển của kỹ thuật điềukhiển tự động nói riêng.Xuất phát từ những lần tham quan các doanh nghiệp có dây chuyền sản xuất,các trang trại chăn nuôi công nghiệp, chúng em đã được thấy nhiều khâu tự động hóatrong qui trình chăn nuôi tạo ra các sản phẩm chăn nuôi chất lượng cao. Một trong đólà các trang trại chăn nuôi giám sát các nhu cầu cơ bản của vật nuôi sử dụng bộ điềukhiển lập trình PLC Siemens.Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu về các đề tài và công trình trước đây, nhóm quyếtđịnh chọn đề tài: “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁTTRANG TRẠI CHĂN NUÔI”.Với đề tài này, nhóm hy vọng sẽ làm cơ sở nghiên cứu cho các nhóm sau cóthể mở rộng, phát triển nữa. Nếu được điều chỉnh tốt, ý tưởng này kết hợp với hệthống làm sạch trang trại chăn nuôi, thu gom và xử lí chất thải … sẽ tạo ra một hệthống phân trang trại thông minh và hoàn thiện.xCHƯƠNG 1. TỔNG QUANChương 1. TỔNG QUAN1.1.ĐẶT VẤN ĐỀNgày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điệntử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vựckhoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa… Do đó chúng ta cần phải nắmbắt và vận dụng điều khiển tự động một cách hiệu quả nhằm đóng góp vào sự pháttriển khoa học kỹ thuật của thế giới nói chung và trong sự phát triển của kỹ thuật điềukhiển tự động nói riêng.Xuất phát từ những lần tham quan các doanh nghiệp có dây chuyền sản xuất,chúng em đã được thấy nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trongnhững ứng dụng đó là áp dụng vào quy trình chăn nuôi bằng hệ thống cho ăn, uốngvà giám sát các nhu cầu khác của heo một cách tự động sử dụng bộ điều khiển lậptrình PLC Siemens.Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu về các đề tài và công trình trước đây, nhóm quyếtđịnh chọn đề tài: “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁTTRANG TRẠI CHĂN NUÔI”.Đã có khá nhiều đề tài thực hiện việc chăm sóc các loại vật nuôi khác nhau nhưcá, bò. Nhưng với mỗi loại vật nuôi lại có những môi trường chăm sóc khác nhauthì lại cần có những mô hình khác nhau. Vì vậy ta cần một hướng xử lí phù hợp hơnvới từng loại vật nuôi mà ở đây đối tượng chăn nuôi là heo.Với hệ thống chăn nuôi theo mô hình truyền thống thì việc giám sát chưa chặtsẽ vì môi trường sống của vật nuôi chưa được giám sát và theo dõi chặt chẽ. Vì vậychúng ta cần xây dựng việc giám sát hệ thống theo dõi nhiệt độ, độ ẩm để phù hợpvới từng vật nuôi.1.2.MỤC TIÊUVới đề tài này mục tiêu mà nhóm đề ra là tìm hiểu và nghiên cứu sâu hơn vàPLC S7 – 1200 và các ứng dụng trong thực tế. Từ đó thiết kế và thi công mô hìnhtrang trại chăn nuôi tự động. Bên cạnh đó là điều khiển và giám sát hoạt động củamô hình trên máy tính.BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH1CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN1.3.NỘI DUNG NGHIÊN CỨU• NỘI DUNG 1: Nghiên cứu tài liệu về PLC S7 -1200, cảm biến nhiệt độ-độẩm, bơm điện để bơm nước và relay trung gian.• NỘI DUNG 2: Dựa trên các dữ liệu nhiệt độ - độ ẩm thu thập được, tiếnhành lựa chọn giải pháp thiết kế và thi công mô hình. Kết nối các ngoại vi với PLC.• NỘI DUNG 3: Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển choPLC. Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát hệ thống, giao diện hiển thị dữ liệuweb online.• NỘI DUNG 4: Thử nghiệm và điều chỉnh phần mềm, phần cứng để mô hìnhđược tối ưu, sử dụng dễ dàng. Đánh giá các thông số của mô hình so với thông sốthực tế, hiệu suất hoạt động của hệ thống so với tính toán.• NỘI DUNG 5: Viết báo cáo thực hiện.• NỘI DUNG 6: Đánh giá kết quả thực hiện.1.4.GIỚI HẠN• Mô hình quy mô còn nhỏ.• Mô hình còn chưa tối ưu, hình dáng còn thô kệch.• Độ chính xác tương đối.• Tốc độ còn chậm do là điều khiển tuần tự.1.5.BỐ CỤC• Chương 1: Tổng Quan.• Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.• Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế.• Chương 4: Thi Công Hệ Thống.• Chương 5: Kết Quả - Nhận Xét - Đánh Giá.BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH2CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN• Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển.Chương 1: Tổng Quan.Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dungnghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án.Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, các chuẩn truyền, giaothức.Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế.Tính toán thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lí của hệ thống.Chương 4: Thi Công Hệ Thống.Thi công hệ thống, lưu đồ, đưa ra giải thuật và chương trình.Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá.Đưa ra kết quả đạt được sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệthống, đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống.Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển.Trình bày những kết luận về hệ thống những phần làm rồi và chưa làm, đồngthời nêu ra hướng phát triển cho hệ thống.BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH3CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾTChương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT2.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THEO DÕI VÀ GIÁM SÁT TRANGTRẠI CHĂN NUÔI.Môi trường sống là vô cùng quan trọng với từng loại vật nuôi, việc giám sátnhiệt độ - độ ẩm, cung cấp thức ăn nước uống và vệ sinh chuồng trại có thể thựchiện bởi con người nhưng như vậy đối với một trang trại lớn thì sẽ tốn nhiều nhâncông và việc quản lí các số liệu về nhiệt độ - độ ẩm cho môi trường sống của heocũng trở nên khó khăn hơn, vì thế một hệ thống quản lí thông tin và số liệu về môitrường sống của heo là vô cùng cần thiết.2.2.TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PLC S7-12002.2.1. Tổng quan về PLC2.2.1.1. Giới thiệuKỹ thuật điện tử đã phát triển đến trình độ kỳ diệu và sẽ có những tiến bộ vượtbật trong tương lai. Nó góp phần không nhỏ và sản xuất công nghiệp. Nhất là tronggiai đoạn hội nhập hiện nay. Các doanh nghiệp không ngần ngại hạ giá thành sảnphẩm tăng sức cạnh tranh với các công ty khác. Một trong những giải pháp về trangthiết bị hiện đại này là PLC. PLC có khả năng vận hành tự động theo một quy trìnhđịnh sẵn mà không cần có sự tham gia của con người lúc vận hành. Bởi tất cả nhữnggì cần thiết cho ra đời một loạt sản phẩm đã tích hợp tất cả trong một thiết bị nhỏ gọnđó là PLC. Hệ thống tự động này gần như tối ưu khi kết hợp với máy vi tính để điềukhiển và kiểm soát quá trình sản xuất hoàn toàn chỉ trên máy vi tính.Thật ra hệ thống điều khiển tự động này đã xuất hiện từ năm 1970 và nhanhchóng trở thành sự lựa chọn cho việc sản xuất. Nhưng ở Việt Nam, còn khá nhiềucông ty hoàn toàn xa lạ với PLC. Tại sao như vậy? Về giá thành? Đúng là PLC cònkhá đắt nhưng chỉ với một công ty sản xuất thì giữa đầu tư ban đầu đó với những lợiích nó đem lại thì giá thành không đáng quan tâm lắm. Thật ra là do ngại thay đổi, dochưa hiểu nhiều về PLC nên khi vận hảnh, bảo trì, bảo dưỡng, thay đổi chương trìnhgặp không ít khó khăn cho người sử dụng. Vì vậy cần chủ động tiếp cận, khi nắm bắtđược rồi vấn đề chuyển giao công nghệ không còn đáng lo và PLC có thể hiện tínhBỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH4CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾTưu việt nhờ sự hiểu biết của người sử dụng. Vậy PLC là gì? Hy vọng nội dung đượcđề cập trong đồ án này giúp người đọc hiểu hơn về PLC.2.2.1.2. PLC là gì?PLC là viết tắt của Programmable Logic Controller có nghĩa là thiết bị điều khiểnlogic khả trình. Sự phát triển của PLC đã mang lại nhiều thuận lợi và làm cho cácthao tác máy trở nên nhanh, nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn. Nó có khả năng thay thếhoàn toàn cho các phương pháp điều khiển truyền thống dùng relay (loại thiết bịphức tạp và cồng kềnh), khả năng điều khiển dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lậptrình trên các lệnh logic cơ bản; khả năng định thời, đếm, giải quyết các vấn đề toánhọc và công nghệ; khả năng tạo lập, gởi đi, tiếp nhận những tín hiệu nhằm mục đíchkiểm soát sự kích hoạt hoặc đình chỉ những chức năng của máy hoặc một dây chuyểncông nghiệp.➢ Như vậy những đặc điểm làm cho PLC có tính năng ưu việt và tích hợp trongmôi trường công nghiệp:− Khả năng kháng nhiễu tốt.− Cấu trúc dạng module rất thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo nângcấp.− Có những module chuyên dụng để thực hiện chức năng đặc biệt hay nhữngmodule truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp hoặc qua mạnginternet.− Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để xếphạng một hệ thống điều khiển tự động.− Thuộc vào hệ sản xuất linh hoạt do tính thay đổi được do chương trình hoặcthay đổi trực tiếp các thông số mà không cần thay đổi lại chương trình.2.2.1.3. Cấu trúc phần cứng của PLC➢ Các thành phần cơ bản của một PLC thường có các module phần cứng sau:− Module nguồn.− Module đơn vị xử lý trung tâm.− Module bộ nhớ chương trình và dữ liệu.BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH5CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT− Module đầu vào.− Module đầu ra.− Module chức năng (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông mạng).2.2.1.4. Cấu trúc bộ nhớ PLC➢ Bộ nhớ chia làm 3 vùng chính• Vùng chứa chương trình ứng dụng: Vùng chứa chương trình được chia làmmiền:− Organisation block: Miền chứa chương trình tổ chức, chứa chương trình chính,các lệnh trong khối này luôn được quét.− Subroutine (Chương trình con): Miền chứa chương trình con, được tổ chức thànhhàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu, chương trình con này sẽ được thựchiện khi nó được gọi trong chương trình chính.− Interrup (Chương trình ngắt): Miền chứa chương trình ngắt được tổ chức thànhhàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác.Chương trình này sẽ được thực hiện khi có sự kiện ngắt xảy ra. Có rất nhiều sựkiện ngắt như: Ngắt thời gian, ngắt xung tốc độ cao.• Vùng chứa tham số của hệ điều hành: chia thành miền khác nhau:− I (Process Image Input): Miền dữ liệu các cổng vào số, trước khi bắt đầu thựchiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất giữchúng trong vùng nhớ I. Thông thường chương trình ứng dụng không đọc trựctiếp trạng thái logic của công vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I.− Q (Process Image Output): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số. Kết thúc giaiđoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới cáccổng ra số. Thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới tận cổng ramà chỉ chuyển chúng tới bộ đệm Q.− M (Miền các biến cờ): Chương trình ứng dụng sử dụng những biến này dể lưugiữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập theo bit (M), byte (MB), từ (MW)hay từ kép (MW).BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH6CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT− T (Timer): Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu giữ giá trịthời gian đặt trước (PV- Preset Value), giá trị đếm thời gian tức thời (CVCurrent Value) cũng như giá trị Logic đầu ra của bộ thời gian.− C (Counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt trước(PV- Preset Value), giá trị đếm tức thời (CV- Current Value) và giá trị logic đầura của bộ đệm.• Vùng dữ liệu.Vùng dữ liệu là một vùng nhớ động. Nó có thể được truy cập theo từng bit, từng byte,từng từ đơn (word) hay từ kép (double word) và được sử dụng làm miền lưu trữ dữliệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoayvòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ…2.2.1.5. Xử lý chương trìnhPLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là một vòngquét (Scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng việc đọc dữ liệu từ các cổng vào cùngbộ đệm ảo, tiếp theo giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét chươngtrình thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc. Sau giai đoạn thựchiện chương trình là giai đoạn truyền thông và kiểm tra lỗi, vòng quét được kết thúcbằng giai đoạn chuyền các nội dung của bộ đệm ảo đến cổng ra.2.2.1.6. Cấu trúc chương trìnhChương trình trong S7-1200 được lưu trong bộ nhớ PLC ở vùng dành riêng chochương trình và có thể được lập với 2 dạng cấu trúc khác nhau:➢ Lập trình có cấu trúc: chương trình được chia thành những phần nhỏ và mỗiphần thực thi những nhiệm vụ riêng biệt của nó, từng phần này nằm trong nhữngkhối chương trình khác nhau. Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toánđiều khiển nhiểu nhiệm vụ và phức tạp. PLC S7-1200 có 3 loại khối cơ bản sau:Loại khối organization Block: khối tổ chức và quản lí chương tình điều khiển. khốinày luôn được thực thi và luôn được quét trong mỗi chu kì quét.hình thức). Một chương trình ứng dụng có nhiểu khối chương trình con và các khốiBỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH7CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT➢ Lập trình tuyến tính: toàn bộ chương trình nằm trong một khối bộ nhớ. Loại hìnhcấu trúc tuyến tính này phù hợp với những bài toán tự động nhỏ. Không phứctạp. Khối được chọn phải là khối organization Block mà PLC luôn quét và thựchiện tổng các lệnh đó thường xuyên. Từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối và quay lạilệnh đầu tiên.• Loại khối chương tình ngắt: là khối chương trình đặc biệt có khả năng trao đổi 1lượng lớn với các khối chương trình khác. Chương trình sẽ được thực thi mỗi khicó sự kiện ngắt xảy ra.2.2.2. Giới thiệu về PLC S7- 12002.2.2.1. Khái niệm chung PLC S7- 1200Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7200. 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 soátnhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnhlàm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S71200 -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 chươngtrình 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 có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặcRS232.BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH8CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT- Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hỗ trợ bangôn ngữ lập trình là LAD, FBD và STL. Phần mềm này được tích hợp trong TIAPortal của Siemens.- Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đãbao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.Hình 2. 1 : Tổng quan PLC S7-1200Chú thích:1: Bộ phận kết nối nguồn.2: Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía saucác nắp che).2: Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên.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 lượnggiúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.Bảng 2. 1. Bảng phân loại chức năng của các dòng PLC S7- 1200.Chức năngKích thước vật lý (mm)CPU 1211CCPU 1212C90 x 100 x 75BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINHCPU 1214C110 x 100 x 759CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾTBộ nhớ người dùng:•Bộ nhớ làm việc• 25 kB• 50 kB•Bộ nhớ nạp• 1 MB• 2 MB•Bộ nhớ giữ lại• 2 kB• 2 kBI/O tích hợp cục bộ•Kiểu số•Kiểu tương tự• 6 ngõ vào• 8 ngõ vào / 6/ 4 ngõ ra• 14 ngõ vào /ngõ ra• 2 ngõ ra10 ngõ ra• 2 ngõ ra• 2 ngõ raKích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)Bộ nhớ bit (M)4096 byteĐộ mở rộng các moduletín hiệuKhông2Bảng tín hiệu•Đơn pha81Các module truyền thôngCác bộ đếm tốc độ cao8192 byte3 (mở rộng về bên trái)34•3tại 100kHz6• 3 tại 100 kHz1 tại 30 kHz• 3 tại 80 kHz• Vuông pha• 3 tại 80 kHz1 tại 20 kHz• 3tại100kHz 3 tại 30kHz• 3 tại 80 kHz3 tại 20 kHzCác ngõ ra xungThẻ nhớ2Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)Thời gian lưu giữ đồng hồ Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 400Cthời gian thựcPROFINET1 cổng truyền thông EthernetTốc độ thực thi tính toán 18 μs/lệnhthựcTốc độ thực thi Boolean 0,1 μs/lệnhHọ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu đểmở rộng dung lượng của CPU. Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyềnthông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.[1]BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH10CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾTBảng 2. 2. Bảng các module hỗ trợ PLC S7- 1200.Chỉ ngõ vào Chỉ ngõ raModule8 x DC In8 x DC OutKết hợp In/Out8 x DC In / 8 x DC Out8 x Relay Out 8 x DC In / 8 x Relay OutModuletín hiệuKiểusố16 x DC In16 x DC Out16 x Relay(SM)OutKiểu4 x Analog In2 x Analog In16 x DC In / 16 x DC Out16 x DC In / 16 x RelayOut4 x Analog In / 2 x AnalogOuttương 8 x Analog In 4 x Analog IntựKiểu __2 x DC In / 2 x DC OutBảng tín hiệu sốKiểu(SB)_1 x Analog In _tươngtựModule truyền thông (CM)•RS485•RS2322.2.2.2. Các bảng tín hiệuMột bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU. Người dùngcó thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự. SB kết nối vào phía trướccủa 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.Hình 2. 2: Bảng tín hiệu của PLC S7-1200BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH11CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾTChú thích:1: Các LED trạng thái.2: Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra.2.2.2.3. Các module tín hiệuNgười dùng 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 2. 3: Các Module tín hiệu PLC S7- 1200Chú thích: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 của người dùng có thể tháo ra.2.2.2.4. Các module truyền thôngHọ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tínhnăng 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 CMkhác).BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH12CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾTHình 2. 4: Các module truyền thông PLC S7- 1200Chú thích:1: Các LED trạng thái dành cho module truyền thông.2: Bộ phận kết nối truyền thông.2.3 TRUYỀN THÔNG MODBUS TRÊN RS485 VỚI PLC S7-12002.3.1 Giới thiệu về giao thức ModbusMODBUS do Modicon (hiện nay thuộc Schneider Electric) phát triển năm1979, là một phương tiện truyền thông với nhiều thiết bị thông qua một cặp dâyxoắn đơn. Ban đầu, nó hoạt động trên RS232, nhưng sau đó nó sử dụng cho cảRS485 để đạt tốc độ cao hơn, khoảng cách dài hơn, và mạng đa điểm (multi-drop).MODBUS đã nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn thông dụng trong ngành tự độnghóa, và Modicon đã cho ra mắt công chúng như một protocol miễn phí.MODBUS là một hệ thống “chủ - tớ”, “chủ” được kết nối với một hay nhiều“tớ”. “Chủ” thường là một PLC, PC, DCS, hay RTU. “Tớ” MODBUS RTUthường là các thiết bị hiện trường, tất cả được kết nối với mạng trong cấu hìnhmulti-drop. Khi một chủ MODBUS RTU muốn có thông tin từ thiết bị, chủ sẽ gửimột thông điệp về dữ liệu cần, tóm tắt dò lỗi tới địa chỉ thiết bị. Mọi thiết bị kháctrên mạng sẽ nhận thông điệp này nhưng chỉ có thiết bị nào được chỉ định mới cóphản ứng.BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH13CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾTCác thiết bị trên mạng MODBUS không thể tạo ra kết nối; chúng chỉ có thể phảnứng. Nói cách khác, chúng “lên tiếng” chỉ khi được “nói tới”. Một số nhà sản xuấtđang phát triển các thiết bị lai ghép hoạt động như các tớ MODBUS, tuy nhiênchúng cũng có “khả năng viết”, do đó làm cho chúng trở thành các thiết bị chủ ảo.Hình 2. 5: Sơ đồ kết nối RS4852.3.2. Giao tiếp truyền thông RS485Đây là các phượng thức truyền thông mới đang dần hình thành. Phương thứctruyền thông bằng modbus đang ngày càng phổ biến bởi tín tiên lợi và dễ sử dụng.Ngày xưa để truyền tín hiệu của 1 cảm biến thì phải dùng hai dây. Ngày naytruyền tín hiệu của 10 hoặc 20 cảm biến ta cũng cần dùng 2 dây. Điểm khác biệt ởđây là ngày xưa dùng 4-20mA hoặc 0-0V thì ngày nay dùng tín hiệu Modbus RTURS485.RS-485 sử dụng chênh lệch điện áp giữa 2 dây A và B để phân biệt logic 0 và1. Khi truyền tín hiệu xa, nếu có sụt áp thì đồng thời sụt trên cả 2 dây nên tín hiệuvẫn đảm bảo, RS485 cho phép truyền tín hiệu xa hơn và tốc độ truyền cho phépcũng cao hơn, thêm nữa RS485 cho phép liên kết đa điểm, gồm nhiều thiết bị cóthể truyền thông trong 1 mạng.BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH14

Tài liệu liên quan

• Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện tử viễn thông
  • 92
  • 600
  • 0
• ĐỒ án tốt NGHIỆP NGÀNH cơ điện tử đề tài THIẾT kế CHẾ tạo mô HÌNH máy PHUN ép NHỰA
  • 68
  • 248
  • 1
• Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện tử: Thiết kế và thi công mô hình xe thăm dò môi trường
  • 82
  • 88
  • 1
• Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện tử thiết kế và thi công mô hình xe thăm dò môi trường
  • 82
  • 77
  • 0
• Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện tử truyền thông điều khiển hệ phi tuyến dùng giải thuật thông minh
  • 117
  • 89
  • 0
• Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện tử truyền thông điều khiển xe lăn điện bằng giọng nói hoặc smartphone
  • 100
  • 72
  • 1
• Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện tử truyền thông điều khiển hệ phi tuyến dùng giải thuật thông minh
  • 119
  • 59
  • 0
• Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện tử truyền thông điều khiển xe lăn điện bằng giọng nói hoặc smartphone
  • 100
  • 105
  • 0
• Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện tử truyền thông điều khiển hệ phi tuyến dùng giải thuật thông minh
  • 118
  • 46
  • 0
• Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện tử truyền thông điều khiển xe lăn điện bằng giọng nói hoặc smartphone
  • 100
  • 37
  • 0

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(2.77 MB - 76 trang) - Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện tử truyền thông: Thiết kế và thi công hệ thống giám sát trang trại chăn nuôi Tải bản đầy đủ ngay ×