Hệ thống điều khiển thiết bị qua Webserver sử dụng PLC S7-1200

Tìm hiểu hệ thống điều khiển thiết bị từ xa qua webserver. Giải pháp tự động hóa, giám sát và điều khiển thiết bị hiệu quả, tiện lợi qua internet.

• Người hướng dẫn: Đào Thị Mỹ Chi
• Trường học: Trường cao đẳng công nghệ Thủ Đức
• Chuyên ngành: Điện công nghiệp
• Đề tài: Hệ thống điều khiển thiết bị qua webserver
• Loại tài liệu: Nghiên cứu khoa học
• Năm xuất bản: 2021-2022
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. Lý do chọn đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC S7-1200
• 1.1. Tổng quan về PLC S7-1200
• 1.2. Tập lệnh PLC S7-1200
• 2. CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER
• 2.1. Các thông số cơ bản của mô hình
• 2.2. Danh mục thiết bị, vật tư thực hiện mô hình
• 3. CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER
• 3.1. Giới thiệu webserver
• 3.2. Lập trình PLC S7-1200 hệ thống điều khiển thiết bị qua webserver
• 3.3. Xây dựng giao diện giám sát thiết bị qua webserver
• 3.4. Bài tập ứng dụng
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Khám phá cách điều khiển thiết bị qua Webserver PLC S7 1200

Giải pháp điều khiển thiết bị qua Webserver với PLC S7-1200 đang định hình lại ngành tự động hóa công nghiệp. Công nghệ này cho phép giám sát và vận hành máy móc từ bất kỳ đâu có kết nối internet, thay thế cho các phương pháp điều khiển tại chỗ truyền thống. PLC S7-1200 của Siemens được tích hợp sẵn một Web server mạnh mẽ, biến bộ điều khiển này thành một trung tâm dữ liệu thu nhỏ. Người dùng có thể truy cập trực tiếp vào CPU để đọc trạng thái, ghi giá trị, và thậm chí chẩn đoán lỗi hệ thống thông qua một trình duyệt web tiêu chuẩn. Theo nghiên cứu “HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER” của Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức, việc tận dụng tính năng này không đòi hỏi phần cứng bổ sung phức tạp, giúp tiết kiệm chi phí đáng kể so với việc triển khai một hệ thống SCADA mini chuyên dụng. Khả năng này mở ra nhiều ứng dụng, từ việc quản lý các trạm bơm từ xa, giám sát hệ thống xử lý nước thải, đến điều khiển các dây chuyền sản xuất phức tạp. Việc triển khai giải pháp này không chỉ nâng cao hiệu quả vận hành mà còn tăng cường tính linh hoạt và khả năng đáp ứng nhanh chóng với các sự cố, đặt nền móng cho việc tích hợp sâu hơn vào các hệ thống IoT và PLC trong tương lai. Đây là một bước tiến quan trọng, giúp doanh nghiệp tối ưu hóa quy trình, giảm thời gian chết và nâng cao năng lực cạnh tranh trong kỷ nguyên số.

1.1. Tổng quan về Web server tích hợp trên Siemens S7 1200

Siemens S7-1200 Web server là một tính năng được tích hợp sẵn trong firmware của CPU, cung cấp một giao diện dựa trên nền tảng web để tương tác với bộ điều khiển. Chức năng này cho phép người dùng truy cập dữ liệu CPU và dữ liệu quy trình (process data) thông qua các trang web tiêu chuẩn (Standard Web pages) hoặc các trang do người dùng tự định nghĩa (User-defined Web pages). Các trang web tiêu chuẩn cung cấp thông tin chi tiết về CPU, trạng thái module, bộ đệm chẩn đoán (Diagnostic Buffer) và cho phép giám sát trực tiếp các biến (Tag Status). Ngược lại, user-defined web pages S7-1200 cho phép các kỹ sư tự động hóa tạo ra các giao diện web PLC tùy chỉnh bằng HTML cho PLC S7-1200 và JavaScript và PLC, đáp ứng chính xác nhu cầu giám sát và điều khiển của một ứng dụng cụ thể. Quá trình này được thực hiện thông qua cú pháp lập trình đặc biệt gọi là AWP (Automation Web Programming), giúp đọc và ghi dữ liệu từ các khối Data Block (DB) PLC.

1.2. Lợi ích của giám sát PLC qua web trong công nghiệp 4.0

Việc giám sát PLC qua web mang lại nhiều lợi ích chiến lược trong bối cảnh Công nghiệp 4.0. Thứ nhất, nó cung cấp khả năng truy cập tức thời vào dữ liệu vận hành từ bất kỳ đâu, phá vỡ rào cản địa lý. Kỹ sư có thể chẩn đoán sự cố từ xa, giảm thiểu thời gian dừng máy và chi phí đi lại. Thứ hai, giải pháp này dân chủ hóa việc thu thập dữ liệu PLC. Dữ liệu không còn bị giới hạn trong phòng điều khiển mà có thể được chia sẻ dễ dàng với các bộ phận quản lý, bảo trì, và sản xuất thông qua giao diện web thân thiện. Điều này thúc đẩy việc ra quyết định dựa trên dữ liệu thời gian thực. Thứ ba, Web server tích hợp là một giải pháp hiệu quả về chi phí để xây dựng các hệ thống SCADA mini, đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng vừa và nhỏ. Thay vì đầu tư vào phần mềm SCADA đắt đỏ, doanh nghiệp có thể tận dụng ngay tính năng sẵn có trên PLC để thực hiện các tác vụ giám sát và điều khiển cơ bản.

II. Thách thức giám sát từ xa và giải pháp Webserver S7 1200

Các hệ thống tự động hóa truyền thống thường đối mặt với thách thức lớn trong việc giám sát và điều khiển từ xa. Việc vận hành chủ yếu dựa vào các tủ điện điều khiển tại chỗ, đòi hỏi sự hiện diện của kỹ sư vận hành. Khi sự cố xảy ra, việc chẩn đoán và khắc phục thường bị trì hoãn, gây ra thời gian chết tốn kém. Việc nâng cấp lên các hệ thống SCADA toàn diện lại đòi hỏi chi phí đầu tư lớn cả về phần cứng, phần mềm và bản quyền, là một rào cản đối với các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Giải pháp điều khiển thiết bị qua Webserver với PLC S7-1200 ra đời như một câu trả lời trực tiếp cho những thách thức này. Nó tận dụng cơ sở hạ tầng mạng hiện có (Ethernet/Profinet) để cung cấp khả năng điều khiển từ xa PLC một cách linh hoạt và tiết kiệm. Báo cáo nghiên cứu của Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức nhấn mạnh rằng, việc chuyển đổi từ relay truyền thống sang PLC S7-1200 không chỉ vì độ tin cậy và lập trình dễ dàng mà còn vì khả năng giao tiếp mạnh mẽ với các thiết bị thông minh khác qua mạng internet. Web server tích hợp đóng vai trò cầu nối, cho phép người dùng tương tác với hệ thống một cách trực quan thông qua trình duyệt web mà không cần cài đặt bất kỳ phần mềm chuyên dụng nào trên máy tính client, giải quyết bài toán truy cập từ xa một cách hiệu quả.

2.1. Hạn chế của hệ thống không hỗ trợ điều khiển online S7 1200

Các hệ thống điều khiển không có khả năng điều khiển online S7-1200 tồn tại nhiều hạn chế cố hữu. Sự phụ thuộc vào sự có mặt của con người tại hiện trường làm giảm tính linh hoạt và tăng thời gian phản ứng trước các sự cố. Việc thu thập dữ liệu vận hành thường được thực hiện thủ công, dẫn đến thiếu sót, không chính xác và không có tính thời gian thực. Việc thay đổi tham số vận hành, chẳng hạn như điểm đặt nhiệt độ hay tốc độ động cơ, đòi hỏi phải can thiệp trực tiếp vào chương trình PLC hoặc giao diện HMI tại chỗ. Điều này gây khó khăn cho việc tối ưu hóa quy trình liên tục và quản lý các hệ thống phân tán trên một khu vực địa lý rộng lớn. Hơn nữa, khả năng tích hợp với các hệ thống quản lý cấp cao hơn (như MES, ERP) rất hạn chế, tạo ra các "ốc đảo tự động hóa" cô lập.

2.2. Tại sao điều khiển từ xa PLC là xu hướng tất yếu

Điều khiển từ xa PLC đã trở thành một xu hướng tất yếu do nhu cầu ngày càng tăng về hiệu quả, tính linh hoạt và khả năng phục hồi của hệ thống sản xuất. Toàn cầu hóa và các chuỗi cung ứng phức tạp đòi hỏi khả năng quản lý các cơ sở sản xuất từ một trung tâm điều hành duy nhất. Xu hướng làm việc từ xa, được thúc đẩy mạnh mẽ sau đại dịch, cũng yêu cầu các công cụ cho phép kỹ sư và nhân viên bảo trì thực hiện công việc của họ mà không cần phải có mặt tại nhà máy. Thêm vào đó, sự phát triển của IoT và PLC đã mở ra tiềm năng cho việc phân tích dữ liệu lớn (Big Data) và bảo trì tiên đoán (Predictive Maintenance). Để thực hiện được những điều này, việc thu thập dữ liệu PLC một cách liên tục và từ xa là yêu cầu cơ bản và bắt buộc, biến việc điều khiển từ xa trở thành nền tảng cho các nhà máy thông minh trong tương lai.

III. Hướng dẫn cấu hình Web server S7 1200 chi tiết trên TIA Portal

Để triển khai giải pháp điều khiển thiết bị qua Webserver với PLC S7-1200, bước đầu tiên và quan trọng nhất là thực hiện cấu hình chính xác trên phần mềm TIA Portal. Quá trình này tương đối đơn giản nhưng đòi hỏi sự chú ý đến các chi tiết về mạng và bảo mật. Theo tài liệu hướng dẫn, việc kích hoạt Web server được thực hiện trong mục cấu hình phần cứng (Device Configuration) của CPU. Người dùng cần cấp cho CPU một địa chỉ IP tĩnh để đảm bảo việc truy cập ổn định. Sau khi kích hoạt, TIA Portal web server cung cấp nhiều tùy chọn nâng cao. Người dùng có thể lựa chọn giữa giao thức HTTP thông thường hoặc HTTPS để tăng cường bảo mật bằng cách mã hóa dữ liệu truyền tải. Bên cạnh đó, việc thiết lập quyền truy cập cho người dùng là cực kỳ quan trọng để bảo vệ hệ thống khỏi các truy cập trái phép. Có thể tạo nhiều tài khoản người dùng với các cấp độ quyền hạn khác nhau, từ chỉ xem (read-only) đến toàn quyền điều khiển. Việc cấu hình web server TIA Portal một cách cẩn thận sẽ đảm bảo hệ thống vận hành ổn định, an toàn và đáp ứng đúng yêu cầu giám sát, điều khiển từ xa của ứng dụng.

3.1. Kích hoạt và thiết lập bảo mật cho TIA Portal web server

Quá trình kích hoạt TIA Portal web server bắt đầu bằng việc mở Device Configuration, chọn CPU và truy cập vào mục Properties. Trong tab 'Web server', người lập trình cần đánh dấu vào ô 'Activate web server on this module'. Để tăng cường bảo mật, nên chọn tùy chọn 'Permit access only with HTTPS'. Lựa chọn này sẽ mã hóa toàn bộ giao tiếp giữa trình duyệt và PLC, ngăn chặn các hành vi nghe lén dữ liệu. Nếu ứng dụng yêu cầu trang web tự động cập nhật dữ liệu, có thể kích hoạt 'Enable automatic update' và tùy chỉnh khoảng thời gian làm mới. Sau khi hoàn tất các thiết lập, cấu hình phần cứng cần được biên dịch và tải xuống CPU. Đây là bước nền tảng để bắt đầu quá trình giao tiếp PLC và web.

3.2. Quản lý người dùng và phân quyền truy cập Web server

Bảo mật là yếu tố sống còn khi cho phép truy cập hệ thống điều khiển qua mạng. Trong mục 'User management' của Web server, TIA Portal cho phép tạo các tài khoản người dùng riêng biệt. Mỗi người dùng được gán một tên đăng nhập, mật khẩu và một cấp độ truy cập cụ thể. Các quyền hạn có thể được tùy chỉnh chi tiết, bao gồm: quyền đọc/ghi giá trị biến, thay đổi chế độ hoạt động của PLC (RUN/STOP), cập nhật firmware, hay truy cập vào các trang web do người dùng định nghĩa. Mặc định, có một tài khoản 'Everybody' không cần mật khẩu với quyền hạn rất hạn chế. Việc phân quyền chặt chẽ đảm bảo rằng chỉ những người có thẩm quyền mới có thể thực hiện các thay đổi quan trọng đối với hệ thống, ngăn ngừa các thao tác sai lầm hoặc phá hoại.

IV. Phương pháp lập trình Web server S7 1200 với HTML và JavaScript

Để vượt ra ngoài các trang web tiêu chuẩn, lập trình web server S7-1200 cho phép tạo ra các giao diện giám sát và điều khiển tùy chỉnh hoàn toàn. Phương pháp này dựa trên việc xây dựng các trang HTML cho PLC S7-1200, kết hợp với CSS để tạo kiểu và JavaScript và PLC để tăng tính tương tác. Điểm cốt lõi của giải pháp này là cú pháp AWP (Automation Web Programming). Đây là các thẻ lệnh đặc biệt được nhúng vào trong mã HTML để tạo ra cầu nối giao tiếp PLC và web. Các thẻ này cho phép trang web đọc giá trị từ một biến trong Data Block (DB) PLC và hiển thị nó, hoặc ghi một giá trị từ một biểu mẫu trên web vào lại biến trong PLC. Tài liệu nghiên cứu đã minh họa rõ ràng cách sử dụng các thẻ <!-- AWP_In_Variable Name='...' --> để định nghĩa các biến cần trao đổi. Bằng cách kết hợp các thành phần HTML như nút nhấn (button), hộp nhập liệu (input) với cú pháp AWP, kỹ sư có thể tạo ra một giao diện web PLC trực quan, cho phép người dùng bật/tắt thiết bị, thay đổi điểm đặt, và giám sát các thông số quan trọng như nhiệt độ, áp suất một cách dễ dàng.

4.1. Cú pháp AWP AWP syntax để giao tiếp PLC và web

AWP syntax S7-1200 là chìa khóa để thực hiện giao tiếp PLC và web. Đây là một tập hợp các comment HTML đặc biệt mà Web server của PLC có thể nhận dạng và xử lý. Ví dụ, để hiển thị giá trị của một biến có tên là "Data".ND_Hien_Tai từ một Data Block tên 'Data', người lập trình sẽ sử dụng cú pháp :="Data".ND_Hien_Tai: ngay trong thân trang HTML. Khi người dùng yêu cầu trang web này, Web server sẽ thay thế chuỗi cú pháp đó bằng giá trị thực tế của biến trước khi gửi trang HTML về trình duyệt. Tương tự, để ghi dữ liệu, một thẻ <input type="hidden" name='"Data".Set_Point"' value="100"> trong một form HTML sẽ cho phép gửi giá trị '100' vào biến 'Set_Point' khi form được gửi đi. Việc nắm vững cú pháp này là điều kiện tiên quyết để xây dựng các user-defined web pages S7-1200 hiệu quả.

4.2. Xây dựng giao diện web PLC với HTML và JavaScript

Việc xây dựng một giao diện web PLC bắt đầu với việc tạo một tệp tin HTML. Tệp này cấu trúc nội dung của trang web, bao gồm các tiêu đề, bảng, nút nhấn và vùng hiển thị dữ liệu. CSS (Cascading Style Sheets) được sử dụng để định dạng giao diện, giúp trang web trở nên chuyên nghiệp và dễ nhìn hơn. JavaScript và PLC đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra trải nghiệm người dùng động. Ví dụ, có thể sử dụng JavaScript để kiểm tra dữ liệu đầu vào từ người dùng trước khi gửi đến PLC, hoặc để thay đổi màu sắc của một chỉ báo dựa trên giá trị đọc về từ PLC (ví dụ: màu đỏ khi nhiệt độ quá cao). Mặc dù Web server của S7-1200 có những giới hạn nhất định, việc kết hợp ba công nghệ HTML, CSS và JavaScript vẫn đủ mạnh mẽ để tạo ra các giao diện giám sát và điều khiển chức năng cho nhiều ứng dụng công nghiệp.

4.3. Liên kết biến từ Data Block DB PLC ra trang web người dùng

Để trang web có thể tương tác với chương trình PLC, các biến phải được định nghĩa trong một khối Data Block (DB) PLC. Trong thuộc tính của DB, cần bỏ chọn mục 'Optimized block access'. Thao tác này cho phép truy cập các biến bằng địa chỉ tuyệt đối, một yêu cầu cần thiết cho Web server. Sau đó, trong mã HTML, người lập trình sử dụng AWP syntax S7-1200 để tham chiếu đến các biến này theo cú pháp "Tên_DB".Tên_Biến. Ví dụ, "Data".Bat_Den sẽ tham chiếu đến biến Bat_Den trong DB có tên là Data. Việc tổ chức các biến một cách logic trong các DB riêng biệt cho giao diện web sẽ giúp mã nguồn dễ quản lý và bảo trì hơn, đồng thời đảm bảo sự tách biệt giữa logic điều khiển chính và logic giao tiếp web.

V. Ứng dụng thực tiễn Giám sát nhiệt độ qua Webserver S7 1200

Nghiên cứu của Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức đã trình bày một ứng dụng thực tiễn điển hình của giải pháp điều khiển thiết bị qua Webserver với PLC S7-1200: hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ cho tủ điện ngoài trời. Mục tiêu của hệ thống là duy trì nhiệt độ hoạt động ổn định cho các thiết bị bên trong tủ, đặc biệt trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Mô hình sử dụng một cảm biến nhiệt độ PT100 để thu thập dữ liệu PLC, một đèn sưởi để tăng nhiệt và một quạt để làm mát. Toàn bộ logic điều khiển được lập trình trên PLC S7-1200. Điểm nổi bật của dự án là việc xây dựng một giao diện web PLC tùy chỉnh, cho phép người vận hành điều khiển online S7-1200 một cách trực quan. Từ giao diện web, người dùng có thể theo dõi nhiệt độ hiện tại theo thời gian thực, bật/tắt đèn sưởi và quạt thủ công. Ứng dụng này chứng minh rằng Web server tích hợp là một công cụ mạnh mẽ để xây dựng các hệ thống SCADA mini với chi phí thấp nhưng vẫn đảm bảo đầy đủ chức năng giám sát và điều khiển cơ bản cho các quy trình tự động hóa công nghiệp.

5.1. Thiết kế mô hình điều khiển và thu thập dữ liệu PLC

Mô hình vật lý bao gồm một PLC S7-1200 CPU 1215C, một cảm biến nhiệt PT100, một bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt sang analog 4-20mA, một đèn sưởi (đại diện cho cơ cấu gia nhiệt) và một quạt hút (đại diện cho cơ cấu làm mát). Cảm biến PT100 được kết nối với ngõ vào analog của PLC để thực hiện việc thu thập dữ liệu PLC về nhiệt độ. Các ngõ ra relay của PLC được sử dụng để đóng/cắt nguồn cho đèn và quạt. Logic điều khiển được lập trình trong TIA Portal, bao gồm hai chế độ: Tự động (PLC tự điều khiển dựa trên điểm đặt nhiệt độ) và Thủ công (người dùng điều khiển qua giao diện web). Chương trình PLC sử dụng các lệnh NORM_X và SCALE_X để xử lý tín hiệu analog từ cảm biến, chuyển đổi nó thành giá trị nhiệt độ thực tế (°C).

5.2. Kết quả vận hành Điều khiển online S7 1200 hiệu quả

Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ổn định và đúng theo yêu cầu thiết kế. Ở chế độ tự động, PLC duy trì nhiệt độ trong khoảng mong muốn một cách chính xác. Thông qua giao diện web, người vận hành có thể thực hiện điều khiển online S7-1200, giám sát nhiệt độ hiện tại được cập nhật liên tục và nhận biết trạng thái hoạt động của đèn sưởi và quạt. Giao diện web được thiết kế đơn giản, trực quan, cho phép điều khiển bật/tắt các thiết bị chỉ bằng một cú nhấp chuột. Khả năng truy cập từ xa qua mạng Profinet/Ethernet đã được kiểm chứng, cho thấy tính khả thi của giải pháp trong các ứng dụng thực tế, nơi việc giám sát tại chỗ gặp nhiều khó khăn. Mô hình này là một minh chứng rõ ràng về hiệu quả của việc kết hợp phần cứng PLC mạnh mẽ với công nghệ web linh hoạt.

VI. Tương lai của Webserver PLC S7 1200 và xu hướng IoT công nghiệp

Giải pháp điều khiển thiết bị qua Webserver với PLC S7-1200 không chỉ là một công cụ hữu ích ở hiện tại mà còn là một bước đệm quan trọng hướng tới tương lai của tự động hóa công nghiệp và Internet vạn vật công nghiệp (IIoT). Web server tích hợp đã chứng tỏ được giá trị to lớn trong việc cung cấp khả năng truy cập dữ liệu và điều khiển từ xa PLC một cách linh hoạt, tiết kiệm chi phí. Nó phá vỡ sự cô lập của các hệ thống điều khiển truyền thống, cho phép dữ liệu máy móc được chia sẻ và tận dụng một cách hiệu quả hơn. Trong tương lai, chức năng Web server sẽ ngày càng được cải tiến, hỗ trợ các công nghệ web hiện đại hơn như WebSockets để cập nhật dữ liệu thời gian thực mượt mà hơn, hay các API (Giao diện lập trình ứng dụng) để giao tiếp PLC và web một cách chuẩn hóa. Sự kết hợp giữa IoT và PLC sẽ ngày càng trở nên chặt chẽ, với PLC S7-1200 đóng vai trò là một "edge device" thông minh, không chỉ thực thi logic điều khiển mà còn xử lý sơ bộ dữ liệu và cung cấp nó cho các nền tảng đám mây thông qua các giao thức như MQTT, OPC UA bên cạnh Web server.

6.1. Đánh giá ưu điểm của giải pháp điều khiển qua Web server

Giải pháp này sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội. Thứ nhất là tính kinh tế, do tận dụng tính năng có sẵn của PLC, loại bỏ chi phí cho phần mềm SCADA hoặc HMI đắt tiền cho các ứng dụng đơn giản. Thứ hai là tính linh hoạt, cho phép truy cập từ bất kỳ thiết bị nào có trình duyệt web, từ máy tính để bàn đến điện thoại thông minh. Thứ ba là sự đơn giản trong triển khai, khi việc tạo trang web cơ bản với HTML cho PLC S7-1200 và AWP syntax S7-1200 không đòi hỏi kiến thức lập trình quá sâu rộng. Cuối cùng, nó mang lại khả năng mở rộng, dễ dàng tích hợp vào hệ thống mạng IT hiện có của doanh nghiệp và là bước khởi đầu cho việc xây dựng một hệ thống giám sát sản xuất toàn diện hơn.

6.2. Hướng phát triển tích hợp IoT và PLC trong tự động hóa

Hướng phát triển trong tương lai là tích hợp sâu hơn giữa IoT và PLC. PLC S7-1200 có thể được mở rộng với các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức IoT như MQTT. Điều này cho phép PLC không chỉ phục vụ dữ liệu qua Web server theo yêu cầu (pull), mà còn có thể chủ động đẩy (push) dữ liệu lên một MQTT broker trên đám mây. Dữ liệu này sau đó có thể được các ứng dụng khác tiêu thụ để phân tích, lưu trữ dài hạn, hoặc hiển thị trên các dashboard phức tạp. Sự kết hợp này tạo ra một kiến trúc tự động hóa công nghiệp phân tán và linh hoạt, nơi Web server phục vụ cho nhu cầu giám sát và điều khiển tức thời tại chỗ hoặc từ xa, trong khi các giao thức IoT phục vụ cho việc tích hợp dữ liệu ở quy mô lớn hơn, tạo nền tảng cho các nhà máy thông minh và bảo trì dự báo.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC S7-1200 1. Tổng quan về PLC S7-1200 Bộ điều khiển PLC S7-1200 được sử dụng với sự linh động và khả năng mở rộng phù hợp cho các ứng dụng của hệ thống tự động hóa nhỏ và vừa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, cấu hình linh động, hỗ trợ mạnh mẽ về tập lệnh làm cho bộ điều khiển PLC S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo trong việc điều khiển, chọn lựa phù hợp đối với nhiều ứng dụng khác nhau. CPU của PLC S7-1200 được kết hợp với 1 vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, tín hiệu vào/ra, thiết kế tích hợp cổng Profinet, các bộ đếm/ phát xung tốc độ cao tích hợp trên thân, điều khiển vị trí (motion control), và ngõ vào tương tự (analog) đã làm cho PLC S7-1200 trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn nhưng đầy mạnh mẽ.

Sau khi tải chương trình xuống CPU nhưng vẫn lưu giữ những logoic cần thiết để theo dõi và kiểm soát các thiết bị/ thông tin trong ứng dụng của người lập trình. CPU giám sát ngõ vào/ra thay đổi ngõ ra theo logic trong chương trình người dùng bao gồm các phép toán logic của đại số Boolean, các bộ đếm, bộ định thời, các phép toán phức tạp và những giao tiếp truyền thông với những thiết bị thông minh khác. Bộ điều khiển PLC S7-1200 được tích hợp sẵn một cổng Profinet để truyền thông mạng Profinet. Ngoài ra, PLC S7-1200 có thể truyền thông Profibus, GPRS, RS485 hoặc RS232 thông qua các modoule mở rộng.

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển: - Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC. - Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình. Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 8 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER Hình 1.1 Cấu tạo của bộ điều khiển CPU S7 – 1200. * Chú thích: 1.

Bộ phận kết nối nguồn 2. Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che) 3. Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp 4. Bộ phận kết nối PROFINET.

Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý, bộ nhớ chương trình khác nhau. Tập lệnh PLC S7-1200 1. Bit logic (tập lệnh tiếp điểm): - Tiếp điểm thường hở: L Tiếp điểm thường hở sẽ đóng khi giá trị của A bit có địa chỉ là n bằng 1 Toán hạng n: I, Q, M,L,D D - Tiếp điểm thường đóng: L Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi giá trị A của bit có địa chỉ n là 0 Toán hạng n: I, Q, M,L,D D Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 9 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER - Lệnh OUT: L Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi A đầu vào của lệnh này bằng 1 và ngược lại Toán hạng n: Q, M, L, D. D Chỉ sử dụng một lệnh out cho 1 địa chỉ.

- Lệnh OUT đảo: L Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi A đầu vào của lệnh này bằng 0 và ngược lại Toán hạng n: Q, M, L, D D Chỉ sử dụng một lệnh out not cho 1 địa chỉ - Lệnh logic NOT: L Lệnh đảo trạng thái ngõ vào / ra A D - Tiếp điểm phát hiện xung cạnh lên dạng 1: L Tiếp điểm phát hiện cạnh lên sẽ phát ra A một xung khi đầu vào tiếp điểm P có sự chuyển đổi từ mức thấp lên mức cao. D Trạng thái của tín hiệu được lưu lại vào “M_BIT”. Độ rộng của xung này bằng thời gian của một chu kì quét. Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 10 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER - Tiếp điểm phát hiện xung cạnh lên dạng 2: L Thay đổi trạng thái tín hiệu phía trước không A ảnh hưởng đến “IN”.

Phát hiện sự thay đổi trạng thái của 1 tín hiệu D “IN” từ 0 lên 1. Trạng thái của tín hiệu IN được lưu lại vào “M_BIT”. Độ rộng của xung này bằng thời gian của một chu kì quét. - Tiếp điểm phát hiện xung cạnh xuống dạng 1: L Tiếp điểm phát hiện cạnh xuống sẽ phát ra A một xung khi đầu vào tiếp điểm này có sự chuyển đổi từ mức cao xuống mức thấp D Trạng thái của tín hiệu được lưu lại vào “M_BIT” Độ rộng của xung này bằng thời gian của một chu kì quét.

- Tiếp điểm phát hiện xung cạnh xuống dạng 2: L Thay đổi trạng thái tín hiệu phía trước không A ảnh hưởng đến “IN”. Phát hiện sự thay đổi trạng thái của 1 tín hiệu D “IN” từ 1 xuống 0. Trạng thái của tín hiệu IN được lưu lại vào “M_BIT”. Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 11 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER Độ rộng của xung này bằng thời gian của một chu kì quét.

- Lệnh SR fliplop: L Mạch chốt RS ưu tiên Reset. Nếu R à S1 đều A là 1, ngõ ra sẽ lên 0. D - Lệnh RS fliplop: L Mạch chốt RS ưu tiên Set. Nếu R à S1 đều A là 1, ngõ ra sẽ lên 1.

So sánh - Lệnh so sánh: So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu lệnh so sánh thỏa thì ngõ ra sẽ là mức 1 = TRUE. Kiểu dữ liệu so sánh là: SInt, Int, Dint, USInt, UDInt, Real, LReal, String, Char, Time, DTL, Constant. Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 12 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER L Lệnh so sánh dùng để so sánh hai giá trị IN1 và IN2 A bao gồm IN1 = IN2, IN1 >= IN2, IN1 <= IN2, IN1 < IN2, IN1 > IN2 hoặc IN1 <> IN2. D So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu lệnh so sánh thỏa thì ngõ ra sẽ là mức 1 = TRUE (tác động mức cao) và ngược lại.

Kiểu dữ liệu so sánh là: SInt, Int, Dint, USInt, UDInt, Real, LReal, String, Char, Time, DTL, Constant. - Lệnh trong khoảng In – range L Tham số: MIN, VAL, MAX. A Kiểu dữ liệu so sánh: SInt, Int, Dint, USInt, UInt, D UDInt, Real, LReal, Constant. So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu so sánh MIN<=VAL<=MAX thỏa thì tác động mức cao và ngược lại.

- Lệnh ngoài khoảng out-of-range: L Tham số: MIN, VAL, MAX. A Kiểu dữ liệu so sánh: SInt, Int, Dint, USInt, UInt, D UDInt, Real, LReal, Constant. So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu so sánh MIN > VAL hoặc MAX < VAL thỏa thì tác động mức cao và ngược lại. - Lệnh OK: Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 13 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER L Tham số: IN.

A Kiểu dữ liệu: Real, LReal. D Lệnh OK kiểm tra tính hợp lệ của toán tử. - Lệnh NOT OK: L Tham số: IN A Kiểu dữ liệu: Real, LReal D Lệnh NOT_OK kiểm tra tính không hợp lệ của toán tử. Toán học - Lệnh tính toán: L Công dụng: thực hiện phép toán từ các A giá trị ngõ vào IN1, IN2, IN(n) theo công thức OUT=…(+,,*,/) rồi xuất kết quả ra D ngõ ra OUT.

Các thông số ngõ vào dùng trong khối phải chung định dạng. - Lệnh cộng, trừ: Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 14 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER L Lệnh cộng ADD: OUT = IN1 + IN2 A Lệnh trừ SUB: OUT = IN1 – IN2 D Tham số IN1, IN2 phải cùng kiểu dữ liệu: SInt, Int, Dint, USInt, UInt, UDInt, Real, LReal, Constant Tham số OUT có kiểu dữ liệu: SInt, Int, Dint, USInt, UInt, UDInt, Real, LReal Tham số ENO = 1 nếu không có lỗi xảy ra trong quá trình thực thi. Ngược lại ENO = 0 khi có lỗi, một số lỗi xảy ra khi thực hiện lệnh này: - Kết quả toán học nằm ngoài phạm vi của kiểu dữ liệu. - Real/LReal: Nếu một trong những giá trị đầu vào là NaN sau đó được trả về NaN.

- ADD Real/LReal: Nếu cả hai giá trị IN là INF có dấu khác nhau, đây là một khai báo không hợp lệ và được trả về NaN - SUB Real/LReal: Nếu cả hai giá trị IN là INF cùng dấu, đây là một khai báo không hợp lệ và được trả về NaN - Lệnh nhân, chia: L Lệnh nhân MUL: OUT = IN1*IN2 A Lệnh chia DIV : OUT = IN1/IN2 D Tham số IN1, IN2 phải cùng kiểu dữ liệu: SInt, Int, Dint, USInt, UInt, UDInt, Real, LReal, Constant Tham số OUT có kiểu dữ liệu: SInt, Int, Dint, USInt, UInt, UDInt, Real, LReal Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 15 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER Tham số ENO = 1 nếu không có lỗi xảy ra trong quá trình thực thi. Ngược lại ENO = 0 khi có lỗi, một số lỗi xảy ra khi thực hiện lệnh này: - Kết quả toán học nằm ngoài phạm vi của kiểu dữ liệu. - Chia cho 0 (IN2 = 0) - Real/LReal: Nếu một trong những giá trị đầu vào là NaN sau đó được trả về NaN. - MUL Real/LReal: Nếu một trong 2 giá trị là 0 hoặc là INF, đây là khai báo không hợp lệ và được trả về NaN.

- DIV Real/LReal: Nếu cả hai giá trị IN bằng không hoặc INF, đây là khai báo không hợp lệ và được trả về NaN. - Lệnh lấy phần dư: L Lệnh Modulo sẽ lấy phần dư của phép toán. Giá trị ngõ vào IN1 chia cho IN2 và giá trị phần dư sẽ được A lưu vào OUT Tham số: D EN: Bool ENO: Bool IN1: SINT, INT, DINT, USINT, UINT, UDINT IN2: SINT, INT, DINT, USINT, UINT, UDINT OUT: SINT, INT, DINT, USINT, UINT, UDINT - Lệnh phủ định: Giảng viên thực hiện: Đào Thị Mỹ Chi Trang 16 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER L Lệnh NEG đảo ngược dấu hiệu số học của giá trị ở A trong tham số và lưu trữ các kết quả trong tham số OUT D Tham số: EN: Bool – cho phép ngõ vào ENO: Bool – cho phép ngõ ra - ENO = 1: không có lỗi - ENO = 0: kết quả giá trị nằm ngoài tầm giá trị của kiểu dữ liệu IN: toán tử đầu vào SInt, INt, Dint, Real, LReal, Constant OUT: toán tử đầu ra Sint, Int, Dint, Real, LReal - Lệnh tăng, giảm: L Tăng / giảm giá trị kiểu số Interger lên / xuống một A đơn vị Tham số: D EN: cho phép ngõ vào IN/OUT: toán tử ngõ vào và ra ENO: cho phép ngõ ra - ENO = 1: không có lỗi - ENO = 0: kết quả nằm ngoài tầm giá trị của kiểu dữ liệu.