BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022

LỜI CẢM ƠN
Báo cáo Khóa Luận Tốt Nghiệp là tiền đề nhằm trang bị cho sinh viên những kĩ
năng nghiên cứu, những kiến thức cơ bản và quan trọng về chuyên ngành Điện Cơng
Nghiệp nói chung và về lĩnh vực Tự Động Hóa - PLC nói riêng trước khi ra trường và
đi làm sau này.
Đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô khoa Điện tử – Viễn thông
trường Đại Học Sài Gịn, đặc biệt các thầy cơ chun ngành Điện Cơng Nghiệp đã tận
tình chỉ dạy và trang bị cho chúng em những kiến thức cần thiết trong suốt thời gian
ngồi trên giảng đường làm nền tảng cho việc thực hiện dự án của chúng em.
Xin trân trọng cảm ơn thầy Trương Tấn, giảng viên hướng dẫn đã tận tình giúp đỡ
giúp em giải quyết được những khúc mắc để có thể hồn thành dự án này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 05 năm 2022
Sinh viên thực hiện

1


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022

NHẬN XÉT CỦA THẦY CÔ
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
Ngày ... tháng ... năm...
GIẢNG VIÊN NHẬN XÉT
(Ký và ghi rõ họ tên)


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ,cuộc cách mạng khoa học
kỹ thuật cũng có những bước đột phá mới,đời sống nhân dân ngày càng được nâng
cao. Cùng với xu thế cơng nghiệp hóa,hiện đại hóa ở nước ta cũng như các nước trên
thế giới, các hệ thống tự động đã được đưa vào quá trình lao động sản xuất.Tuy nhiên
các hệ thống lưu kho ở nước ta vẫn chưađược áp dụng tự động hóa,vẫn cịn sử dụng
lao động tay chân.
Đồ án tốt nghiệp này là kết quả của sự vận dụng các kiến thức đã học và thực tế để

thiết kế lập trình cho hệ thống.Cũng nhờ đây mà người thực hiện có thể hiểu rõ hơn
được những gì đã họcởlý thuyết,mà chưa có dịp để ứng dụng vào thực tiễn. Đề tài“Mơ
hình lưu kho tự động ứng dụng PLC S7-1200”là cơ sở để người thực hiện thiết kế
những hệ thống tự động thực tế sau này.
Trong quá trình thực hiện đề tài này,do thời gian có hạn và chắc chắn khơng tránh
khỏi những thiếu sót, rất mong được sự quan tâm và đóng góp ý kiến của các thầy cơ
giáo để nhóm thực hiện bổ sung vào vốn kiến thức của mình.
Để hồn thành tốt đề tài này nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn đến Trương Tấn
giáo viên hướng dẫn đã chỉ bảo và hướng dẫn tận tình về đề tài đồ án tốt nghiệp để
chúng tơi có thể hồn thành tốt đề tài“Mơ hình lưu kho tự động ứng dụng PLC S71200”.

5


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022

Chương 1: Tổng quan về đề tài
1.1 Lịch sử nghiên cứu
Hệ thống tự động hóa lưu kho và xuất kho bắt đầu được giới thiệu từ cuối những
năm 1960 và phổ biến rộng hơn vào thập niên 1970 và 1980. Công năng đầu tiên của
hệ thống chỉ là kiểm tra và bốc xếp các pallet hay khay chứa kiện hàng,linh kiện.Mục
đích là giảm thiểu hư hại sản phẩm,sử dụng tiết kiệm diện tích sàn kho chứa,kiểm tra
và theo dõi hàng hóa khơng bị đánh cắp hay thay đổi không được phép,nhất là giảm
công sức lao động bốc xếp hàng hóa.
Vào thời kỳ sơ khai(1960–1980)“Hệ thống tự động hóa lưu kho là sự gắn kết hoạt
động các trang thiết bị và bộ phận kiểm soát dùng cho bốc xếp, lưu trữ và xuất kho với
độ chính xác vận hành,tốc độ xử lý cao trong giới hạn của cấp độ tự động hóa được áp
dụng”.
Từ sau 1980 đến nay,thời kỳ phát triển mạnh của tự động hóa:“Hệ thống tự động
hóa lưu kho là một trang thiết bị(device)tự động nhận dịng chuyển đến với kích cỡ

thường là đồng nhất không cao,phân loại lại,lưu trữ tạm thời, sau đó theo các điều kiện
và lệnh tương ứng cho ra các điểm tập kết để được chuyển đến vị trí u cầu.Tất cả
các cơng đoạn được thực hiện với mức độ tự động hóa cao,loại bỏ việc có cần nhân
lực điều khiển các công đoạn này hay không”.
Từ nhận thức ban đầu hệ thống kho hàng tự động chỉ là kết hợp cơ giới hóa và điều
khiển tự độngởmột số cơng đoạn của quy trình nhập/lưu/xuất kho, ngày nay hệ thống
kho hàng tự động là sản phẩm của cơ điện tử (mechatronics)ởmức độ tự động hóa cao,
phân phối hệ thống sản xuất thông minh. Sự phát triển của kho hàng tự động là những
bước tiến quan trọng trên con đường tiến tới hệ thống sản xuất “Just in time”đáp ứng
kịp thời nhu cầu biến động nhanh của thị trường quốc tế(“Just in time”là hệ thống sản
xuất trong đó các luồng nguyên vật liệu,hàng hoá và sản phẩm truyền vận trong quá
trình sản xuất và phân phối được lập kế hoạch chi tiết từng bước sao cho quy trình tiếp
6
theo có thể thực hiện ngay khi quy trình hiện thời chấm dứt).
Để đáp ứng nhu cấu rộng rãi của nhiều dạng hệ thống tự động hóa lưu kho và xuất
kho,trên thế giới đã có các cơng ty nghiên cứu chế tạo các hệ thống tự động hóa lưu


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
kho và xuất kho cho các kho hàng,kho chứa bưu phẩm như Daifuku(Nhật),Dematic
Corp, FKI Logistex, Diomand Phoenix Westfalia Technologies, Bastian-BMH(Mỹ),
Union Rack, Manufacturing Co .. Najing Zhongyang Racking(Trung Quốc)..
Trong báo cáo tổng quan của Roodbergen,K.J và Vis.I.F.A,hiện nay có khoảng
hơn 500 bài báo cáo khoa học chuyên sâu về hệ thống tự động hóa lưu/xuất kho được
công bố.
Hệ thống kho hàng tự động được ứng dụng và qua nhiều năm ứng dụng hệ
thống này đã trở thành một bộ phận quan trọng trong tổ chức sản xuất với quy mô lớn
nhỏ khác nhauởnhiều lĩnh vực khác nhau:
Ở các nhà máy công nghiệp cần thay đổi kho hàng cho theo kịp đồng bộ với sự
đổi mới có nhiều tiến bộ kỹ thuật hiện đại,nhất là lĩnh vực lưu kho và xuất hàng tự

động.
Ở các khu vực bốc xếp hàng hóa như các kho cảng, sân bay.
Ở các siêu thị lớn,bưu điện chuyển phát nhanh,ngân hàng,thư viện lớn,các bãi
đỗ xe ôtô v.v
1.2 Nôi dung nghiên cứu
Nôi dung nghiên cứu đồ án tốt nghiệp của nhóm gồm có 5 chương:
Chương 1: Tổng quan đề tài
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU
SCADA
Chương 3: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM WINCC V16
Chương 4: THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG KHO HÀNG THÔNG MINH
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Nội dung nghiên cứu đề tài này sẽ giúp chúng ta có cái nhìn tổng quan nhất về mơ
hình lưu kho tự động trên thực tế có cấu tạo và hoạt động như thế nào, cũng như vai
trò và ứng dụng của nó trong ngành cơng nghiệp hiện nay.
Trên cơ sở đó có thể tính tốn và thiết kế được mơ hình hệ thống tự động lưu và xuất
kho cho đề tài, ứng dụng vào thực tế là phục vụ cho đối tượng kho thành phẩm công
7
nghiệp.
1.3 Phương pháp thực hiện
1.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
- Tìm hiểu qua sách vở,tài liệu trên các diễn đàn.
- Tìm hiểu về các bài tốn,mơ hình hóa giúp cho việc tính tốn và chọn các trang thiết
bị điện và cơ khí.
- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về các loại động cơ,hệ thống cảm biến,bộ điều khiển điển
hình trong điều khiển một hệ thống lưu kho tự động.
- Tìm hiểu về cơ sở lý thuyết,ứng dụng,viết chương trình điều khiển lưu kho cho bộ

điều khiển PLC.
1.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Nghiên cứu hệ thống lưu kho tự động trên thực tế hoặc các mơ hình của đề tài trước.
- Sử dụng phần mềm TIA Portal(SIMATIC STEP7&WinCC) làm công cụ để mô
phỏng hệ thống.
- Sử dụng phần mềm Solidworks để thiết kế và mơ phỏng hệ thống cơ khí.
1.4 Giới hạn đề tài
Đối tượng nghiên cứu:
Bộ điều khiển trung tâm:PLC Siemens S7-1200.
Phần mềm TIA Portal(SIMATIC STEP7&WinCC).
Các cơ cấu chấp hành:DC Step17PM-K142,bộ truyền động vitme đai ốc, cảm
biến tiệm cận, công tắc hành trình KW7-0CG.
Các module:Driver TB-6600 điều khiển động cơ bước.
Nguồn cấp điện cho hệ thống 24V.
Phạm vi nghiên cứu:
Thiết kế cơ khí và hệ thống điều khiển.
Xây dựng giải thuật và chương trình điều khiển.
Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát trên Wincc cho hệ thống.
Lập trình trên PLC điều khiển mơ hình lưu kho tự động.
Ứng dụng phần mềm WinCC để mô phỏng hệ thống.
1.5 Dự kiến kết quả đạt được
Qua quá trình thực hiện nghiên cứu về đề tài này,nhóm dự kiến những kết
8
quả có thể đạt được như sau:
Phân tích,lựa chọn được phương án và giải pháp phù hợp cho hệ thống lưu kho.


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
Thiết kế được hệ thống tự động hóa nhập,lưu và xuất kho phù hợp với điều kiện thực
tế.

Mô phỏng 3D được hoạt động của hệ thống lưu kho.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ THU
THẬP DỮ LIỆU SCADA
2.1 Giới thiệu về hệ thống Scada
2.1.1 Khái niệm Scada
SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) đúng như tên gọi của nó,
SCADA là một phần mềm hệ thống được sử dụng để giám sát, điều khiển và thu thập
thông tin dữ liệu của hệ thống phần cứng. Nó được sử dụng rộng rãi trong các nhà
máy để giám sát và điều khiển các dây chuyền và máy móc sản xuất. Một cách tốt để
hiểu hệ thống SCADA là gì và nó có thể được sử dụng ở đâu? thì chúng ta có thể hiểu
điều này đơn giản hơn khi tìm hiểu về kim tự tháp tự động hóa.

Hình 2.1: Kim tử tháp tự động hóa
Hệ thống SCADA được đặt ở cấp độ theo dõi và giám sát trong kim tự tháp tự động
hóa. Kim tự tháp tự động hóa là một khái niệm được xuất bản trong ISA-95 và IEC
9
62264-3, nhằm cố gắng mô tả cách các hệ thống khác nhau hoạt động tương hỗ cùng
nhau. Ở đỉnh kim tự tháp, bạn sẽ có tất cả các thông tin dữ liệu về hệ thống để xử lý về
mặt kinh doanh, lập kế hoạch và hậu cần. Và ở dưới cùng, bạn có tất cả các hệ thống,


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
thiết bị hiện trường hoạt động. Hệ thống SCADA được đặt ngay giữa kim tự tháp tự
động hóa. Là nơi IT (information technology – công nghệ thông tin) gặp OT
(operational technology – công nghệ vận hành).
Bên dưới hệ thống SCADA là tất cả các thiết bị hoạt động như PLC, cảm biến, v.v.
Công việc của SCADA thực sự là điều khiển và giám sát tất cả các thiết bị này. Nhưng
đồng thời cũng gửi và nhận thông tin từ hệ thống MES hoặc ERP phía trên.
2.1.2 Ngun lý hoạt động hệ thống Scada


Hình 2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Scada
Một lần nữa, hệ thống SCADA là điểm gặp gỡ và kết nối giữa IT và OT. Khái niệm
cơ bản thực sự của SCADA là về trao đổi thông tin và khả năng kiểm soát (giám sát và
điều khiển). Đặc biệt là cách bạn thường thấy các hệ thống SCADA được sử dụng.
Hệ thống SCADA về mặt vật lý sẽ giống như một màn hình. Thường sẽ có nhiều màn
hình trong đó người vận hành có thể vừa điều khiển vừa giám sát tất cả các thành phần
liên quan trong một hệ thống, máy móc hoặc thậm chí tồn bộ nhà máy. Điều này có
thể dễ được hình dung với ví dụ: một P&ID (sơ đồ đường ống và các thiết bị đo đạc).
Điều quan trọng nhất là người vận hành hiểu các phần khác nhau của hệ thống
SCADA và những gì họ cần làm là điều khiển hay giám sát.
Tất cả các màn hình này về cơ bản là giao diện HMI (human-machine interfaces “giao
10
diện người máy”). Chúng là giao diện giữa người vận hành và máy móc. Quay lại như
những ngày sơ khai, một HMI thực sự chỉ là một loạt các nút nhấn và tín hiệu đèn điều


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
khiển. Nhưng bây giờ, với những hệ thống hiện đại, tân tiến; bạn sẽ thấy thường có
màn hình cảm ứng ở máy hoặc trong phòng điều khiển.

2.2 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống SCADA
Nói một cách đơn giản HMI là một phần của SCADA. Bởi vì HMI chỉ là màn hình
hoặc chính giao diện, SCADA là một ứng dụng hoặc tồn bộ hệ thống đằng sau tất cả
các màn hình đó. Một hệ thống SCADA có thể có nhiều HMI để điều khiển và giám
sát các bộ phận khác nhau của nhà máy.
Nếu chúng ta xem xét kỹ hơn cấu trúc của SCADA thì sẽ thấy rõ rằng nó chứa nhiều
thứ hơn là chỉ HMI. Nó là tồn bộ cơ sở hạ tầng của các thiết bị có thể giao tiếp. Ứng
dụng SCADA thường chạy trên máy chủ. Sau đó, những thiết bị khách như máy tính
để bàn và màn hình HMI kết nối với máy chủ để sử dụng giao diện và cơ sở dữ liệu

của hệ thống SCADA. Vì các thiết bị như PLC và RTU cũng được kết nối với máy
chủ, nên bây giờ chúng ta có thể sử dụng SCADA để điều khiển và giám sát hoạt động
của nó.
RTU hoặc thiết bị đầu cuối từ xa hơi giống PLC. Bạn có thể kết nối các cảm biến
với RTU và nó sẽ chuyển đổi tín hiệu, dữ liệu của chúng sang dữ liệu kỹ thuật số. Dữ
liệu kỹ thuật số này sau đó sẽ được đưa vào hệ thống SCADA.
Một hệ thống SCADA cơ bản có các thành phần chinh là MTU, RTU và thành phần
truyền thông,
2.2.1 MTU ( Master Terminal Unit)
MTU là trung tâm của một hệ thống SCADA, trong thực tế nó thường là một hệ
máy tinh công nghiệp. MTU giao tiếp với người điều hanh và RTU thơng qua khối
truyền thơng. Ngồi ra MTU cịn được kết nối với các thiết bị ngoại vi như monitor,
máy in và có thể kết nối với mạng truyền thông.
Nhiệm vụ của MTU bao gồm:
11
Cập nhật dữ liệu từ các thiết bị RTU và nhận lệnh từ người điều hanh
Xuất dữ liệu đến các thiết bị thi hanh RTU.


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
Hiển thị các thông tin cần thiết về các quá trinh cũng như trạng thai của các thiết bị lên
màn hình giúp cho người điều hanh giam sát và điều khiển.
Lưu trữ, xử lý các thông tin và giao tiếp với các hệ thống thông tin khác.
2.2.2 RTU (Remote Terminal Unit)
RTU thu thập thông tin từ Xa, thường xuyên đặt tại nơi làm việc để thu nhập dữ
liệu và thông tin từ các thiết bị hiện trường như các valve, các cảm biến, các đồng hồ
đo,.. gửi đến MTU để xử lý và thông báo cho người điều hanh biết trạng thai hoạt
động của các thiết bị hiện trường. Mặt khác, nó nhận lệnh hay tiên hiệu từ MTU để
điều khiển hoạt động của các thiết bị theo yêu cầu.
Thông thường các RUT lưu giữ thông tin thu thập được trong bộ nhớ của nó và đợi

yêu cầu từ MTU mới truyền dữ liệu. Tuy nhiên, ngày nay các RTU hiện đại có các
máy tinh và PLC có thể thực hiện điều khiển trực toeeps qua các địa điểm từ xa mà
không cần định hướng của MTU
2.2.3 Khối truyền thông
Là môi trường truyền thông giữa các khối thiết bị với nhau, bao gồm phần
cứng và phần mềm.
Phần cứng: là các thiết bị kết nối như modem, hộp nối, cáp truyền và các thiết
bị thu phát vô tuyền( trong hệ thống không dây_wireless), các trạm lặp ( trong trường
hợp truyền đi xa).
Phần mềm: đó là các giao thức truyền thông (protocol), các ngôn ngữ lập trinh được
dùng để các thiết bị có thể giao tiếp với nhau.
CPU của RTU nhận luồng dữ liệu nhị phân theo giao thức truyền thơng, Các
giao thức có thể là giao thức mở như TCP/IP (Transmission Control Protocol and
Internet Protocol hoặc các giao thức riêng. Những luồng thông tin được tổ chức theo
mơ hình 7 lớp ISO/OSI. Mơ hình OSI được sử dụng để đặt tiêu chuẩn cho cách trao
đổi thông tin với các giao thức.
12 Truyền thông và dữ liệu RTU nhận thơng tin của nó
nhờ vịa sự nhận dạng mã trong dữ liệu truyền. Dữ liệu này được biên dịch và được
CPU điều khiển thích hợp tác động tại chỗ.
2.3 Hệ thống SCADA hiện đại


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
Cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin.
Các hệ thống Scada ngày nay cho phép thu thập dữ liệu, điều khiển và giám sát trên
một phạm vi rộng lớn, có thể lên hàng ngàn hay thậm chí là cả hàng chục ngàn kênh
Input/Output với tốc độ nhanh và độ tin cậy cao nhờ vào các giao thức mở và các
mạng truyền thông như mạng Profibus, WAN, LAN, INTHENET và cả mạng Internet.
Hầu hêtws các phần mềm Scada ngày nay đều có hỗ trợ kết nối Internet. Mạt khác,
trong hệ thống SCADA ngày nay có các PLC có khả năng đảm nhận việc giam sát và

điều khiển tại các điểm cục bộ. Tuy nhiên, MTU vẫn không thể thiếu trong hệ thống
SCADA.
2.3.1 Cấu trúc hệ thống
Ngày nay, các hệ thống SCADA thế hệ mới được xây dựng theo cấu trúc phân
bố, trong đó máy chủ được phân bố trên một số các bộ xử lý được nối với nhau thông
qua mạng cục bộ( LAN). Trong đó, mỗi bộ xử lý có một nhiệm vụ riêng nhất định
như: thu thập và xử lý, xây dựng hiện thị, tạo báo cáo… và một số bộ xử lý dùng để dự
phòng,
Hệ thống được thiết kế theo giao thức mở và cơ chế Client-Server.
Với:
IOS: module các ngõ vào ra dữ liệu ( Dât Input/Output Modules).
MMI: module giao tiếp giữa người và máy (Man-Machine Interface)
HDC: module lưu trữ dữ liệu thu thập được trong quá khứ ( Historical for Dât
Collection Storage).
GW: cổng giao tiếp cho mạng LAN.
APPS: Module tính toan và xử lý ứng dụng
2.3.2 Các đặc tinh chinh của hệ thống
Các hệ thống SCADA hiện nay có các đặc tính sau:
Đồ họa hoan toan trong quá
13 trinh giám sát và điều khiển.
Có hệ thống lưu trữ dữ liệu và hiển thị đồ thị quá trinh, có khả năng hiển thị đa
tín hiệu.
Hệ thống cảnh báo và ghi nhận sự kiện


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
Hỗ trợ các chuẩn truyền thông nối tiếp, song song và giao thức TCP/IP
Hệ thống báo cáo, báo biểu theo chuẩn công nghiệp.
Hỗ trợ các chuẩn giao diện OPC, OLE/DB và các giao diện cơng nghiệp khác.
Khả năng tích hợp tín hiệu video động.

Khả năng đồng bộ về thời gian với hệ thống cũng như giữa các Server và Client.
2.3.3 Đặc điểm về giao tiếp giữa người và máy (HMI)
Về phần giao tiếp giữa người và máy, các hệ thống SCADA ngày nay được trang
bị các khối hiển tihj hình ảnh VDU, hiển thị đầy đủ hình ảnh đồ họa của các quá trình.
Ngồi ra cịn có kèm theo Mouse, trackball, joystick và bàn phim, các nút điều khiển
được thay thế bằng biển tượng (Icon) trên màn hình. Chúng được tác động bằng
Mouse, bàn phim hay có thể chỉ tay lên biểu tượng trên màn hình đối với các màn hình
cảm ứng.
Các thiết bị đó giúp cho người điều hanh có khả năng:
Nhanh chóng hoan đổi giữa các hiển thị,
Nhanh chơng xem được chi tiết các thông tin được cập nhật.
Tạo và sửa đổi các hiển thị trực tiếp trên màn hình hệ thống
Có những hiệu ứng đặc biệt giúp dễ dàng phân biệt trạng thai cũng như nhận biết dữ
liệu.
Ngoài ra các VDU chạy trên mơi trương Windown hay windown-X cịn giúp điều
hanh viên có thể: Xem trên cùng một VDU nhiều mảng thông tin, và truy cập được các
dữ liệu nằm rải rác theo địa lý hoặc các dữ liệu thuộc các cơ sở dữ liệu khác nhau.
Về các RTU,khơng cịn là những thiết bị thụ động nữa mà chúng làm nhiệm vụ thu
thập và lưu giữ dữ liệu vùng.Nhiều mức xử lý dữ liệu và điều khiển được thực hiện tại
các RTU.
Nhiều loại thiết bị có thể được nối vào các RTU như:PLC,máy đo lưu lượng,thiết
bị lấy chuẩn trong các bin hay các bồn chứa ... Các RTU có thể được kết nối theo kiểu
phân bố hoặc kiểu phân cấp.Dữ liệu của các RTU được xử lý tại trạm chủ.
14
Về cơ sở dữ liệu,các dữ liệu được lưu trữ không chỉ là dữ liệu đo đạc từ xa được tính
toan mà cịn là các thơng số bảo vệ,các sự kiện,các mẫu tin cũng như các cảnh báo.Do
tinh chất phân bố của SCADA nên cơ sở dữ liệu cũng được phân bố.Cơ sở dữ liệu


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022

cũng có thể liên hệ với hệ thống quản trị thông tin(Managerment Information
System)và hệ thống thơng tin địa lý GIS(Geographic Information System).Ngồi
ra,các dữ liệu có thể được bảo mật bằng các password.
2.4 Các ứng dụng của hệ thống SCADA
Ngày nay hệ thống SCADA được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực
công nghiệp. Đặc biệt trong một số lĩnh vực sau:
Hệ thống SCADA cho các trạm trộn bê tông,các nhà máy sản xuất xi-măng,các
nhà máy chế biến thực phẩm,nước giải khát.
Hệ thống SCADA cho hệ thống vận chuyển hành lý và hàng hoá tại các sân
bay,bến cảng.
Hệ thống SCADA giám sát các giàn khoan ống dẫn dầu,dẫn khí.
Hệ thống SCADA cho nhà máy nước,xử lý chất thải,các kho xăng dầu.
Hệ thống SCADA cho hệ thống phân phối lưới điện.
Ngoài ra,hệ thống SCADA còn được ứng dụng để giám sát và điều khiển trong
các nhà máy hạt nhân và trong các ngành kỹ thuật hàng không vũ trụ và một số ngành
công nghiệp công nghệ cao khác.
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) Giám sát, Điều khiển và Thu
thập dữ liệu.
Khái niệm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và các nhà máy hiện đại.Đối
với một nhà máy hiện đại,khi xây dựng và đưa vào hoạt động,để có thể tạo ra được sản
phẩm đạt yêu cầu về chất lượng,đáp ứng được các yêu cầu khắt khe của thị trường,nhà
máy cần được trang bị các máy móc hiện đại,đạt được các tiêu chuẩn về chất lượng và
mơi trường, độ an tồn,năng suất và tiết kiệm.Chính vì thế,việc tích hợp tự động hóa
nhà máy là một yêu cầu bức thiết được ra.Các hạng mục sản xuất được trang bị máy
móc tự động,phần mềm điều khiển hiện đại để tiết kiệm nhiên liệu,điện năng,nhân
công và đảm bảo chinh xác theo yêu cầu.
Thông thường SCADA được chia ra làm 3cấp:
Cấp vận hành(Cấp trường):
15
Là cấp độ để các kỹ sư,công nhân vận hành,theo dõi hoạt động của thiết bị,các

thơng số theo quy trình cơng nghệ đặt ra.
Cấp điều khiển(Tại phòng điều khiển):


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
Là cấp độ các kỹ sư điều khiển tự động sẽ giám sát,điều khiển các thơng số,tình
trạng của các thiết bị và tồn bộ dây truyền sản xuất theo quy trình đã đặt ra bằng thao
tác,theo dõi trên bảng thơng số,màn hình hiển thị và điều khiển qua giao diện phần
mềm(HMI Human Machine Interface)hay bàn điều khiển(Operator Panel).
Cấp giám sát,quản lý:
Có 2 hình thức tương đương nhau:
+Giám sát tại nhà máy(Tại nhà vận hành):Nhà quản lý sẽ theo dõi các thông số,tinh
trạng thiết bị và toàn bộ hoạt động của dây truyền sản xuất theo yêu cầu qua giao diện
máy tính được kết nối trực tiếp với phịng điều khiển qua đó có thể nắm được tình hình
sản xuất,tình trạng vật tư thiết bị,lên kế hoạch sản xuất,truyền tải,...
+Giám sát từ xa(Tại trung tâm):Tại trung tâm của tổng công ty,nhà quản lý tại đây có
thể theo dõi,giám sát mọi họat động của nhà máy thơng qua máy tính được kết nối từ
xa qua mạng.Từ đó có kế hoạch sản xuất,điều độ,bán hàng và nhập hàng.
Thiết bị của hệ thống SCADA:
Phần cứng:
Để xây dựng hệ thống SCADA cho nhà máy cần các phần cứng sau:
Máy tính cơng nghiệp(IPC)
Bộ tích hợp thiết bị (Kết nối và thu thập dữ liệu lên máy tính) hiết bị mạng (Switch,…)
Phần mềm:
Phần mềm cho giám sát điều khiển:
Tạo ra giao diện hiển thị các thông số,điều khiển qua giao diện hiển thị,lưu trữ dữ liệu
vào cơ sở dữ liệu.(Mỗi máy có1license và theo số điểm tích hợp điều khiểnI/Opoint).
Phần mềm giám sát,quản lý:
Hiển thị các thông số,lưu trữ các dữ liệu vào cơ sở dữ liệu(Giao diện có thể là web
navigator)

Các phần mềm phụ trợ:
Kết nối mạng,kết nối PLC —IPC,
Mạng kết nối:

16
Các hình thức có thể sử dụng:
Đường truyền lease-line:


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
Là kênh thuê bao riêng của của bưu điện cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao bằng
các thiết bị đầu cuối bằng modem truyền thống,tốc độ tối đa cho phép 19.2 kb/s.(của
riêng nhà máy-private line)
Đường truyền cáp quang:
Dùng cáp quang để truyền dữ liệu từ nhà máy về trung tâm(có thể thuê của bưu điện
hoặc tự kéo cáp nếu khoảng cách gần)với khoảng cách xa,băng thông rộng,tin cậy,tốc
độ cao.
Tại mỗi đầu phải có thiết bị chuyển đổi quang để kết nối với máy tính.
Đường truyền ADSL:
Là đường truyền internet băng thơng rộng,cho phép dữ liệu với tốc độ cao,dễ kết nối.
(Là mạng công cộng).

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM
WINCC V16
3.1 Giới thiệu về PLC
PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Controller (Tiếng Việt: Bộ điều khiển
Logic có thể lập trình được). Khác với các bộ điều khiển thơng thường chỉ có một
thuật tốn điều khiển nhất định, PLC có khả năng thay đổi thuật tốn điều khiển tùy
biến do người sử dụng viết thông qua một ngơn ngữ lập trình. Do vậy, nó cho
phép thực hiện linh hoạt tất cả các bài toán điều khiển.

- Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC như Siemens (Đức), Omron (Nhật Bản),
Mitsubishi (Nhật Bản), Delta (Đài Loan) ...
- Ngơn ngữ lập trình phổ biến là LAD (Ladder logic - Dạng hình thang), FBD
(Function Block Diagram - Khối chức năng), STL (Statement List - Liệt kê lệnh) và
Ladder logic là ngơn ngữ lập trình PLC đang được ưa chuộng nhất.
17 vào và các thuật toán điều khiển bên trong do người
PLC dựa vào các tín hiệu ngõ
lập trình viết, nó sẽ xuất các tín hiệu ngõ ra để điều khiển các thiết bị khác.


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
Ngày nay các hệ thống điều khiển hiện đại không thể thiếu PLC, nó được ứng dụng
rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực điện tự động hóa, phục vụ cho nhiều nghành, nhiều
loại máy móc như: cấp nước, xử lý nước thải, giám sát năng lượng, giám sát hệ thống
điện, máy đóng gói, máy chế biến thực phẩm, dây chuyền băng tải…
3.1.1 Cấu trúc bên trong PLC

Hình 3.1 cấu trúc bên trong PLC
Tất cả các PLC hiện nay đều gồm có thành phần chính như sau:
- Bộ nhớ chương trình RAM, ROM
- Một bộ vi xử lý trung tâm CPU, có vai trị xử lý các thuật tốn
- Các modul vào /ra tín hiệu
3.1.2 Nguyên lý hoạt động của PLC
Các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi (như các sensor, contact, …) được đưa vào
CPU thông qua module đầu vào. Sau khi nhận được tín hiệu đầu vào thì CPU sẽ xử lý
và đưa các tín hiệu điều khiển qua module đầu ra xuất ra các thiết bị được điều khiển
bên ngồi theo 1 chương trình đã được lập trình sẵn.
Một chu kỳ bao gồm đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền thơng nội, tự
kiểm tra lỗi, gửi cập nhật tín hiệu đầu ra được gọi là 1 chu kỳ quét hay 1 vòng quét
(Scan Cycle).

18một vòng quét xảy ra trong thời gian rất ngắn (từ 1msThường thì việc thực hiện
100ms). Thời gian thực hiện vòng quét này phụ thuộc vào tốc độ xử lý lệnh của PLC,
độ dài ngắn của chương trình, tốc độ giao tiếp giữa PLC và thiết bị ngoại vi.
3.1.3 Ưu điểm dụng PLC vào tự động hóa


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
Ưu điểm:
Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn
Thực hiện được các thuật tốn phức tạp và độ chính xác cao.
Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa.
Cấu trúc PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào/ra, mở
rộng chức năng khác
Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trường công
nghiệp.
Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: Máy tính, nối mạng truyền
thơng với các thiết bị khác
Nhược điểm:
Địi hỏi người sử dụng phải có trình độ chun mơn cao.
Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình.

3.1.4 Phần cứng PLC s7-1200
Năm 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 dịng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm sốt
nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm
cho chúng ta có những giải pháp hồn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200
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
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
S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP. Ngoài ra
19
bạn có thể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hỗ trợ ba ngơn
ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 11
của Siemens.
Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này
đã bao gồm cả mơi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.

Hình 3.1 PLC S7-12000
Kích thước: 110 x 100 x 75
Bộ nhớ người dùng:
Bộ nhớ làm việc: 50Kb
Bộ nhớl ưu trữ: 2Mb
Bộ nhớ Retentive: 2Kb
Ngõ vào ra số: 14 In/10 Out
Ngõ vào ra tương tự: 2 in
Vùng nhớ Truy suất bit (M): 4096Byte
Module tín hiệu mở rộng: 8
Board tín hiệu/truyền thông:1
Module truyền thông: 3

20

Bộ đếm tốc độ cao:

1 Pha 3 x 100KHZ/3 x 30KHZ
2 Pha 3 x 80KHZ/3 x 20KHZ


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
Ngõ ra xuất xung tốc độ cao: 2
Truyền thông: Ethernet
Thời gian thực khi mất nguồn nuôi: 10 ngày
Thực thi lệnh nhị phân: 0.1 micro giây/lệnh
3.1.5 Giới thiệu về Simatic Step 7 V16.0
Simatic Step 7 V11.0 basic hệ thống kỹ thuật đồng bộ đảm bảo hoạt động liên tục
hoàn hảo.
Một hệ thống kỹ thuật mới
Thơng minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật và cấu hình mạng, lập
trình, chẩn đốn và nhiều hơn nữa.
Lợi ích với người dùng:
- Trực quan: dễ dàng để tìm hiểu và dễ dàng để hoạt động
- Hiệu quả: tốc độ về kỹ thuật
- Chức năng bảo vệ: Kiến trúc phần mềm tạo thành một cơ sở ổn định cho sự đổi mới
trong tương lai.
3.1.6 Giới thiệu các tập lệnh
Bit logic
1) 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
2)Tiếp điểm thường đóng
L

Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi giá trị

A

của bit có địa chỉ n là 0

D

Tốn hạng n: I, Q, M, L, D

3)Lệnh OUT

L
A

21
Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu
vào của lệnh này bằng 1 và ngược lại
Toán hạng n : Q, M, L, D


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
D


Chỉ sử dụng một lệnh out cho 1 địa chỉ

4)Lệnh OUT đảo
Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu

L

vào của lệnh này bằng 0 và ngược lại

A

Toán hạng n : Q, M, L, D

D

Chỉ sử dụng một lệnh out not cho 1 địa chỉ

5)Lệnh logic NOT
L
A

Lệnh đảo trạng thái ngõ vào / ra

D
6) Lệnh SET
Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng
L

1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu


A

vào của lệnh bằng 0 thì bit này vẫn giữ
ngun trạng thái.

D

Tốn hạng n: Q, M, L, D
7)Lệnh Reset
Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng
L

0 khi đầu vào của lệnh này bằng 1. Khi đầu

A

vào của lệnh bằng 0 thì các bit này vẫn
giữ ngun trạng thái.

D

Tốn hạng n: Q, M, L, D
8)Lệnh set nhiều bit

22


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022

Giá trị của các bit có địa chỉ đầu tiên là

OUT sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này
L

bằng 1 Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì các
bit này vẫn giữ nguyên trạng thái. Trong

A

đó số bit là giá trị của n

D

Toán hạng OUT: Q, M, L, D
n : là hằng số
9)Lệnh reset nhiều bit
Giá trị của các bit có địa chỉ đầu tiên là
OUT sẽ bằng 0 khi đầu vào của lệnh này
bằng 1 Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì các

L

bit này vẫn giữ ngun trạng thái. Trong

A

đó số bit là giá trị của n

D

Toán hạng OUT: Q, M, L, D

n : là hằng số
10) Tiếp điểm phát hiện xung cạnh lên dạng 1
Tiếp điểm phát hiện cạnh lên sẽ phát ra một
xung khi đầu vào tiếp điểm P có sự chuyển
L

đổi từ mức thấp lên mức cao

A

Trạng thái của tín hiệu được lưu lại vào
“M_BIT”

D

Độ rộng của xung này bằng thời gian của
một chu kì quét.
11) Tiếp điểm phát hiện xung cạnh lên dạng 2
Thay đổi trạng thái tín hiệu phía trước khơng
ảnh hưởng đến “IN”
L
A

23

Phát hiện sự thay đổi trạng thái của 1 tín hiệu
“IN” từ 0 lên 1


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022

Trạng thái của tín hiệu IN được lưu lại vào
D

“M_BIT”
Độ rộng của xung này bằng thời gian của
một chu kì quét.

12) Tiếp điểm phát hiện xung cạnh xuống dạng 1
Tiếp điểm phát hiện cạnh xuống sẽ phát ra
một xung khi đầu vào tiếp điểm này có sự
L

chuyển đổi từ mức cao xuống mức thấp

A

Trạng thái của tín hiệu được lưu lại vào
“M_BIT”

D

Độ rộng của xung này bằng thời gian của
một chu kì quét.
13) Tiếp điểm phát hiện xung cạnh xuống dạng 2
Thay đổi trạng thái tín hiệu phía trước khơng
ảnh hưởng đến “IN”
Phát hiện sự thay đổi trạng thái của 1 tín hiệu

L


“IN” từ 1 xuống 0

A
Trạng thái của tín hiệu IN được lưu lại vào
D

“M_BIT”
Độ rộng của xung này bằng thời gian của
một chu kì quét.

14) Lệnh SR fliplop
L
A

Mạch chốt RS ưu tiên Reset

D

24
15) Lệnh RS fliplop


BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022

L
A

Mạch chốt RS ưu tiên Set

D


25