BTL_Hệ thu thập dữ liệu_ĐHCNHN

Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu
Mục lục

Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

1


Bộ môn: Đo lường và điều khiển

1.1)

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

CHƯƠNG 1: Cơ sở lý thuyết
Phân tích cơng nghệ

- Ban đầu khi ta ấn nút “Start” để bắt đầu quá trình, van 1 và van 3 lần
lượt mở ra xả nhiên liệu lần lượt xuống Silo2 và Silo3 (Silo2 và Silo3 có nhiệm
vụ đong nhiên liệu), khi nào đèn LED báo tín hiệu là khi đó nhiên liệu đã được
đong đầy trong 2 Silo, lúc đó van 1 và van 3 sẽ đóng lại khơng cho nhiên liệu xả
xuống nữa. Sau đó van 2 và van 4 lần lượt mở ra xả nhiên liệu xuống Silo1 tại
đây Silo1 có nhiệm vụ là nơi trộn các nhiên liệu lại với nhau sao cho chúng hòa
quyện với nhau, sau khi nhiên liệu được trộn xong sẽ được xả vào xe tải thông
qua van 5, sau khi nhiên liệu được đưa hết vào xe van 5 sẽ đóng lại. Quy trình
trên được lặp đi lặp lại trong suốt quá trình trộn nhiên liệu.
1.2) Giới thiệu chung về PLC S7-300.
1.2.1) Cấu trúc chung của một PLC.
PLC là thiết bị điều khiển logic khả trình (Program Logic Control), là loại

thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển số thơng qua 1
ngơn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật tốn đó bằng mạch số.
Cũng như các thiết bị lập trình khác, hệ thống lập trình cơ bản của PLC bao
gồm 2 phần: Khối xử lý trung tâm (CPU:Central Processing Unit) và hệ thống
giao tiếp vào/ra (I/0) như sơ đồ khối:
INPUT

PROCESSING UNIT

OUTPUT

Hình 1.1: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển lập trình.
Khối điều khiển trung tâm CPU gồm 3 phần: bộ xử lí, hệ thống bộ nhớ và hệ
thống nguồn cung cấp.

Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

2


Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

Processor

Memory

Power supply

Hình 1.2: Sơ đồ khối tổng quát của CPU.
1.2.2) Cấu trúc và chức năng của PLC S7-300.
Các khối chức năng:
•

•
•
•

•

Khối tín hiệu (SM:singnal module)
- Khối ngõ vào digital: 24VDC, 120/230VDC
- Khối ngõ ra digital: 24VDC
- Khối ngõ vào analog: Áp, dòng, điện trở, thermocouple
Khối giao tiếp (IM): Khối IM360/IM365 dùng để nối nhiều cấu hình.
Chúng điều khiển nhiều thanh ghi của hệ thống.
Khối giả lập (DM): Khối giả lập DM370 dự phịng các khối tín hiệu chưa
được chỉ định.
Khối chức năng (FM): thể hiện những chức năng đặc biệt sau:
- Đếm
- Định vị
- Điều khiển hồi tiếp
Xử lí liên lạc (CP):
- Nối điểm-điểm
- Mạng PROFIBUS
- Ethernet công nghiệp

1.2.3) Module CPU
Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ,

các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thơng (RS485)… và có thể có 1 vài cổng
vào ra số. Các cổng vào ra số có trên module CPU được gọi là cổng vào/ra
onboard.

Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

3


Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau. Chúng được đặt tên
theo bộ vi xử lý có trong nó như module CPU312, module CPU314, module
CPU315…
Những module cùng sử dụng 1 loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về
cổng ra/vào onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong
thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ
được phân biệt với nhau trong tên gọi băng thêm cụm ngữ IFM (Intergrated
Function Module). Ví dụ như Module CPU312 IFM, Module CPU314 IFM…
Ngồi ra cịn có loại module CPU với 2 cổng truyền thơng, trong đó cổng
truyền thơng thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Các
loại module này phân biệt với các loại module khác bằng cụm từ DP
(Distributed Port) như là module CPU315-DP.
1.2.4) Module mở rộng.
Các module mở rộng được chia thành 5 loại chính:
1.2.4.1) PS (Power Supply): Module nguồn ni. Có 3 loại: 2A,5A,10A.
1.2.4.2) SM (Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:
a) DI (Digital input)

b) DO (Digital Output)
c) DI/DO (Digital Input/ Digital Output)
d) AI (Analog Input)
e) AO (Analog Output)
f) AI/AO (Analog Input/ Analog Output)
1.2.4.3) IM (Interface Module):
Module ghép nối, nối các module mở rộng lại với nhau thành 1 khối và
được quản lý chung bởi 1 module CPU. Thông thường các module mở rộng
được gắn liền với nhau trên 1 thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi rack có thể gán
nhiều nhất là 8 module mở rộng (không kể module CPU, module nguồn nuôi).
Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 racks và các
racks này phải được nối với nhau bằng module IM.
1.2.4.4) FM (Function Module):
Module có chức năng điều khiển riêng. Ví dụ module PID, module điều
khiển động cơ bước…
1.2.4.5) CP (communication module):
Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc
giữa PLC với máy tính.
Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

4


Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

1.2.5) Ngơn ngữ lập trình
PLC S7-300 có 3 ngơn ngữ lập trình cơ bản sau:
• Ngơn ngữ “liệt kê lệnh”, kí hiệu là STL (Statement List). Đây là dạng

ngơn ngữ lập trình thơng thường của máy tính. Một chương trình được
ghép bởi nhiều câu lệnh theo 1 thuật tốn nhất định, mỗi lệnh chiếm 1
hàng và đều có cấu trúc chung là “tên lệnh” + “ tốn hạng”.
• Ngơn ngữ “hình thang”, kí hiệu là LAD (Ladder logic). Đây là dạng
ngơn ngữ đồ họa thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều
khiển logic.
• Ngơn ngữ “hình khối”, kí hiệu là FBD (Function Block Diagram).
Đây là dạng ngơn ngữ đồ họa thích hợp với những người quen thiết kế
mạch điều khiển số.
Để thuận tiện trong việc lập trình chúng em chọn ngơn ngữ LAD để lập trình.
1.3) Tìm hiểu về HMI.
1.3.1) Giới thiệu về HMI.
HMI là từ viết tắt của Human-Machine-Interface, nghĩa là thiết bị giao tiếp
giữa người điều hành và máy móc thiết bị. Nói một cách chính xác, bất cứ cách
nào mà con người “giao tiếp” với một máy móc qua 1 màn hình giao diện thì đó
là một HMI.

HMI là gì ?

Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

5


Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

1.3.2) Các thiết bị HMI truyền thống:
1.3.2.1)HMI truyền thống bao gồm:

• Thiết bị nhập thơng tin: cơng tắc chuyển mạch, nút bấm…
• Thiết bị xuất thơng tin: đèn báo, còi, đồng hồ đo, các bộ tự ghi dùng giấy.
1.3.2.2). Nhược điểm của HMI truyền thống:
• Thơng tin khơng đầy đủ.
• Thơng tin khơng chính xác.
• Khả năng lưu trữ thơng tin hạn chế.
• Độ tin cậy và ổn định thấp.
• Đối với hệ thống rộng và phức tạp: độ phức tạp rất cao và rất khó mở rộng.
1.3.3). Các thiết bị HMI hiện đại:
Do phát sự phát triển của Công nghệ thông tin và Công nghệ Vi điện tử, HMI
ngày nay sử dụng các thiết bị tính tốn mạnh mẽ.
1.3.3.1). HMI hiện đại chia làm 2 loại chính:
• HMI trên nền PC và Windows/MAC: SCADA,Citect…
• HMI trên nền nhúng: HMI chuyên dụng, hệ điều hành là Windows CE 6.0
• Ngồi a cịn có một số loại HMI biến thể khác MobileHMI dùng Palm,
PoketPC.
1.3.3.2). Các ưu điểm của HMI hiện đại:
• Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thơng tin.
• Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ xung thơng tin cần thiết.
• Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa.
• Tính “Mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều
loại giao thức.
• Khả năng lưu trữ cao.
1.3.3.3).Vị trí của HMI trong hệ thống tự động hố hiện đại:
HMI ln có trong các hệ SCADA hiện đại, vị trí của HMI ở cấp điều khiển,
giám sát:

Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

6

Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

HMI Scada System
1.3.3.4). Các thành phần của HMI:
+ Phần cứng:
• Màn hình:
• Các phím bấm
• Chíps: CPU,
• Bộ nhớ chương trình: ROM,RAM, EPROM/Flash, …
+ Phần mềm:
• Các đối tượng (Object)
• Các hàm và lệnh
• Phần mềm phát triển:
• Các cơng cụ xây dựng HMI.
• Các cơng cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối.
• Các cơng cụ mơ phỏng
+ Truyền thơng:
• Các cổng truyền thơng: RS232, RS485, Ethernet, USB
• Các giao thức truyền thơng: Mobus, CANbus, PPI, MPI, Profielbus..
1.3.3.5). Các thơng số đặc trưng của HMI:
• Kích thước màn hình: quyết định thơng tin cần hiển thị cùng lúc của
HMI.

Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

7

Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

Dung lượng bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, Flash dữ liệu: quyết
định số lượng tối đa biến số, số lượng Screen và dung lượng lưu trữ
thông tin như: history data, Recipe, hình ảnh, backup…
• Số lượng các phím và các phím cảm ứng trên màn hình: khả năng mở
rộng thao tác vận hành.
• Chuẩn truyền thơng, các giao thức hỗ trợ.
• Số lượng các đối tượng, hàm lệnh mà HMI hỗ trợ.
• Các cổng mở rộng: Printer, USB, CF card, SD card…
1.3.3.6). Quy trình xây dựng hệ thống HMI:
a. Lựa chọn phần cứng:
• Lựa chọn kích thước màn hình: trên cơ sở số lượng thơng số/thơng tin
cảm biến hiển thị đồng thời. nhu cầu về đồ thị, đồ họa(lưu trình cơng nghệ…).
• Lựa chọn số phím cứng, số phím cảm ứng tối đa cùng sử dụng cùng lúc.
• Lựa chọn các cổng mở rộng nếu có nhu cầu in ấn, đọc mã vạch, kết nối
các thiết bị ngoại vi khác.
• Lựa chọn dung lượng bộ nhớ: theo số lượng thông số cần thu thập số
liệu, lưu trữ dữ liệu, số lượng trang màn hình cần hiển thị.
b. Xây dựng giao diện:
• Cấu hình phần cứng: chọn phần cứng ( Model), thiết bị kết nối ( PLC ),
chuẩn giao thức…
• Xây dựng các trang màn hình screen.
• Gán các biến số (tag) cho các đối tượng.
• Sử dụng các đối tượng đặc biệt.
• Viết các chương trình script (tùy chọn).

• Mơ phỏng và gỡ rối chương trình.
• Nạp thiết bị xuống HMI.
•

WinCC là một trong những chương trình ứng dụng cho mạng HMI,
Scada trong lĩnh vực dân dụng cũng như công nghiệp.
WinCC (Windows Control Center) là phần mềm của hãng Siemens dùng
để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong q trình sản xuất. Nói rỏ
hơn, WinCC là chương trình dùng để thiết kế các giao diện Người và Máy
– HMI (Human Machine Interface) trong hệ thống Scada (Supervisory
Control And Data Acquisition), với chức năng chính là thu thập số liệu,
giám sát và điều khiển quá trình sản xuất. Với WinCC, người dùng có thể
trao đổi dữ liệu với PLC của nhiều hãng khác nhau như: Siemens,
Mitsubishi, Allen braddly, Omron,.. thông qua cổng COM với chuẩn
RS232 của PC và chuẩn RS485 của PLC.
Với WinCC, ta có thể tận dụng nhiều giải pháp khác nhau cho để
giải quyết cơng việc, từ thiết kế cho hệ thống có quy mô nhỏ đến quy mô
lớn, hệ thống thực hiện sản xuất – MES (Manufacturing Excution
System). WinCC có thể mơ phỏng bằng hình ảnh các sự kiện xảy ra trong
Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

8


Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

quá trình điều khiển dưới dạng chuổi sự kiện. Để đáp ứng yêu cầu công
nghệ ngày càng phát triển, WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng cho

mục đích hiển thị, thông báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lường, các
tham số công thức,.. và là một trong những chương trình thiết kế giao
diện Người và Máy – HMI được tin dùng nhất hiện nay.
Khi sử dụng WinCC để thiết kế giao diện Người và Máy – HMI và
mạng Scada, WinCC sử dụng các chức năng phổ biến sau:

Giao diện WinCC - www.plclati.com
Graphics Designer: Thực hiện dể dàng các chức năng mô phỏng và hoạt
động qua các đối tượng đồ họa của chương trình WinCC, Windows, I/O,..
và các thuộc tính hoạt động (Dynamic).
Alarm Logging: Thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các cảnh báo
khi hệ thống vận hành. Nhận các thơng tin từ các q trình, hiển thị, hồi
đáp và lưu trữ chúng. Alarm Logging còn giúp ta phát hiện ra nguyên nhân
của lỗi.
Tag Logging: Thu thập, lưu trữ và xuất ra dưới nhiều dạng khác nhau từ
các quá trình đang thực thi.

Chương 2: Thiết kế hệ thống
2.1 Lựa chọn thiết bị
 1 PC điều khiển
 Chọn loại – PLC 314-C2-DP của Siemens.

Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

9


Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

Đầu vào số tích hợp sẵn: 24 DI
Đầu ra số tích hợp sẵn:16 DO
Đầu vào tương tự tích hợp sẵn: 4 AI, 1 Pt100
Đầu ra tương tự tích hợp sẵn: 2 AO
Bộ đếm tốc độ cao: 4 x 60 KHz
DP INTERFACE,
Nguồn cung cấp: 24 VDC
Working memory: 96 Kbyte
Phụ kiện yêu cầu:
- FRONT CONNECTOR ( 2 X 40PIN)
- Thẻ nhớ.

 2 bình cấp nhiên liệu :
•
•

silo 2 và silo 3 loại hình phễu có thể tích 2
1 bình trộn nhiên liệu silo 1 loại hình phễu có thể tích 5

 Thiết bị trộn- Có 2 loại máy trộn được dùng chủ yếu hiện nay:
• Máy trộn cưỡng bức hoạt động chu kỳ.

+ Cấu tạo: thùng trộn có dạng trụ đứng, động cơ điện bố trí phía trên thùng trộn
liên kết với trục trộn qua họp giảm tốc. Các cánh trộn bố trí phía trên trục trộn và quay

Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

10

Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

tròn còn thùng trộn đúng yên Cửa nạp liệu bố trí phía trên nắp thùng trộn cửa xả liệu ở
đáy thùng trộn.
Máy trộn cưỡng bức liên tục.
+ Cấu tạo: thùng trộn có dạng trụ ngang, q trình trộn được thực hiện nhờ hai
trục trộn ăn khớp với nhau nhờ cặp bánh răng ăn khớp, chiều dài thùng trộn
được đảm bảo sao cho thời gian cốt liệu đi từ cửa nạp đến cửa xả đúng bằng
thời gian trộn
•

Ta sẽ chọn loại : Máy trộn cưỡng bức hoạt động chu kỳ.
 Hệ thống điều khiển:

Hệ thống điều khiển dùng ở trạm trộn chủ yếu dùng để điều khiển động cơ
điện, điều khiển đóng mở cửa xả liệu ở silo, thùng trộn….. Nói chung trên trạm
trộn bao gồm các hệ thống điều khiển sau:
Hệ thống điều khiển kiểu truyền động thuỷ lực. Chủ yếu dùng để đóng, mở cơ cấu
chấp hành như cửa xả thùng trộn
- Nguyên lý: việc đóng mở cơ cấu chấp hành được thực hiện nhờ áp lực của dịng chất
lỏng
Hệ thống điều khiển kiểu truyền động khí nén.
- Nguyên lý: việc đóng mở cơ cấu chấp hành được tiến hành nhờ áp lực của dịng khí
nén
Chúng ta sẽ chọn loại : Hệ thống điều khiển kiểu truyền động thuỷ lực.

Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

11


Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

+Ưu điểm:
• Có khả năng truyền lực lớn và đi xa
• Truyền động êm dịu
• Do lực tác động lớn nên khắc phục được hiện tượng kẹt vạt liệu tại cửa xả
• Tuổi thọ của hệ thống cao do được bơi trơn tốt

 Cảm biến mức: theo sự tìm hiểu thì em thấy cảm biến mức 61F của

OMRON là thích hợp

+ 1 bộ tiếp điểm rơle đầu ra (số lượng tuỳ loại): 5A, 250VAC
+ NGUỒN: 110/220 HOẶC 120/240 VAC
+ Bộ điều khiển kiểm tra mức 61F của OMRON. Tự động điều khiển hệ thống cấp
thốt nước: Thích hợp cho kiểm tra mức của bất kì chất lỏng dẫn điện nào. Có bộ
chống xung và chống sét cảm ứng. Nhiều loại để lựa chọn: Loại truyền xa, độ
nhạy cao hoặc thấp…. Đèn led giúp kiểm tra hoạt động dễ dàng.

Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

12

Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

2.2 Xây dựng sơ đồ khối.

2.3 Mạch lực, bảng định địa chỉ và sơ đồ đấu dây, thực hiện bài tốn
điều khiển
2.3.1 Mạch lực:

Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

13


Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

2.3.2 Bảng định địa chỉ

2.3.3 Sơ đồ đấu dây trong S7-300

Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

14


Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

2.4 Giao thức truyền thông trong hệ thống.
Mỗi một hệ thu thập dữ liệu và điều khiển đều co một mục đích chung là để
phục vụ cho q trình giám sát, điều khiển hoặc đánh giá. Các dữ liệu được thu
thập càng nhiều, càng chính xác thì khi lựa chọn và thiết kế, hiệu chỉnh các thiết
bị càng dễ dàng và sẽ tối ưu được bào toán kinh tế. Để đảm bảo được vấn đề
trên thì một hệ thu thập dữ liệu cần phải có sự giao tiếp và truyền thơng qua lại
giữa máy tính với máy tính, máy tính với thiết bị hay giữa các thiết bị với nhau.
Để nhìn một các tổng quát hơn về một hệ thu thập và điều khiển thì ta đi
phân tích đặc trưng các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp, ta dựa vào mơ
hình phân cấp quen thuộc mạng cơng ty như sau:

Dựa vào mơ hình phân cấp chức năng ở trên ta thấy rằng, càng ở cấp dưới thì
các chức năng càng mang tính chất cơ bản và địi hỏi phải có yêu cầu cao hơn
về độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng. Một chức năng ở cấp trên được thực hiện
nhờ chức năng ở cấp dưới, tuy không đồi hỏi độ nhanh nhạy nhưng cần lượng
thông tin được trao đổi và xử lý lại lớn hơn nhiều.
Việc thực hiện trao đổi thông tin giữa các thiết bị với nhau thì hệ thống Bus
trường, bus thiết bị nói lên việc sử dụng các kỹ thuật truyền tin để kết nối các
thiết bị thuộc cấp điều khiển với nhau, các thiết bị thuộc cấp chấp hành (các
thiết bị trường )

Các thiết bị được dừng trong hệ thống như sau:
Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

15


Bộ môn: Đo lường và điều khiển

-

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

Bộ điều khiển logic PLC: điều khiển toàn bộ hệ thống
Các nút ấn Start và Stop để khởi động và dừng hệ thống.
Các van xả V1,V2...
S1, S2... là các cảm biến báo trạng thái của silo
Động cơ khuấy

Tất cả các thiết bị trong hệ thống đều thuộc cấp trường ( cơ cấu chấp
hành) của mơ hình phân cấp chức năng trong hệ thống mạng công nghiệp. Tại
đây, các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, truyền động và chuyển
đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết. Các thiết bị có khả năng nối mạng là các
vào/ra phân tán (distributed I/O), các thiết bị đo lường (sensor,transducer,
transmitter) hoặc cơ cấu chấp hành (actuator, valve) có tích hợp khả năng xử lý
truyền thông. Do nhiệm vụ của bus trường là chuyển dữ liệu quá trình lên cấp
điều khiển để xử lý và chuyển quyết định điều khiển xuống các cơ cấu chấp
hành, vì vậy u cầu về tínhnăng thời gian thực được đặt lên hàng đầu.

Để đảm bảo được thời gian phản ứng nhanh chóng, với thời gian ngắn thì
các hệ thống điều khiển, chấp hành cần được kết nối với nhau và với bộ điều
khiển PLC bằng một chuẩn giao thức truyền thông mạng nhất định.

Bộ điều khiển logic PlC S7-300 là một sản phẩm của hãng Siemen nên nó
được chế tạo để có thể kết nối với nhiều giao thức truyền thông khác nhau như:
PROFIBUS, Modbus, DeviceNet, Asi, CAN, IE ( Industrial Ethernet).


Profibus

là một tiêu chuẩn mạng trường mở, quốc tế theo chuẩn mạng trường châu Âu
EN 50170 và EN 50254. Trong sản xuất, các ứng dụng tự động hóa q trình
cơng nghiệp và tự động hóa tịa nhà, các mạng trường nối tiếp (serial fieldbus)
có thể hoạt động như hệ thống truyền thông, trao đổi thơng tin giữa các hệ thống
tự động hóa và các thiết bị hiện trường phân tán. Chuẩn này cũng cho phép các
thiết bị của nhiều nhà cung cấp khác nhau giao tiếp với nhau mà không cần điều
chỉnh giao diện đặc biệt. PROFIBUS sử dụng phương tiện truyền tin xoắn đôi
và RS485 chuẩn công nghiệp trong các ứng dụng sản xuất hoặc IEC 1158-2
trong điều khiển quá trình. Profibus cũng có thể sử dụng Ethernet/TCP-IP.

Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

16


Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

Ví dụ kết nối Profibus S7-300


Modbus

Modbus là giao thức do hãng Modicon phát triển. Theo mơ hình ISO/OSI thì
Modbus thực chất là một chuẩn giao thức và dịch vụ thuộc lớp ứng dụng, vì vậy
có thể được thực hiện trên các cơ chế vận chuyển cấp thấp như TCP/IP, MAP
(Manufactoring Message Protocol), và ngay cả qua đường truyền nối tiếp RS232. Modbus định nghĩa một tập hợp rộng các dịch vụ phục vụ trao đổi dữ liệu
quá trình, dữ liệu điều khiển và chẩn đoán. Tất cả các bộ điều khiển của

Modicon đều sử dụng Modbus là ngôn ngữ chung. Modbus mơ tả q trình giao
tiếp giữa một bộ điều khiển với các thiết bị khác thông qua cơ chế yêu cầu/đáp
ứng.


CAN

viết tắt của Controller Area Network và được tạm dịch là Mạng Điều Khiển
Vùng. Mạng CAN ra đời gần như đáp ứng nhiều vấn đề cho các hệ thống điện
trong xe, với truyền tải dữ kiện trên 2 dây dẫn, tốc độ truyền tải cao, độ sai số
rất thấp, độ tin cậy cao. Các hệ thống điện đã được nối với nhau bởi mạng CAN
2 dây này.


DeviceNet

là một hệ thống bus được hãng Allen-Bradley phát triển dựa trên cơ sở của
CAN, dùng để nối mạng cho các thiết bị đơn giản ở cấp chấp hành. Sau này,
chuẩn DeviceNet được chuyển sang dạng mở dưới sự quản lý của hiệp hội
ODVA (Open DeviceNet Vendor Asscociation) và được dữ thảo chuẩn hóa IEC
62026-3.


Hệ thống AS-I

Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

17

Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

(Actuator Sensor Interface) là hệ thống kết nối cho cấp thấp nhất trong hệ thống
tự động hóa. Các cơ cấu chấp hành và cảm biến được nối với trạm hệ thống tự
động qua bus giao tiếp AS (AS-I bus). AS-I là kết quả phát triển hợp tác của 11
hãng sản xuất thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành có tên tuổi trong cơng
nghiệp, trong đó có SIEMENS AG, Festo KG, Peppert & Fuchs GmbH.


Ethernet công nghiệp
IE (Industrial Ethernet) mạng Ethernet công nghiệp là mạng phục vụ cho cấp
quản lý và cấp phân xưởng để thực hiện truyền thơng giữa máy tính và các hệ
thống tự động hố.
Mạng Ethernet công nghiệp sử dụng thủ tục truyền thông ISO và TCP/IP
(Transmission Control Protocol / Internet Protocol).

Theo phương pháp thâm nhập đường dẫn đã chọn (CSMA/CD – Carrier
Sense Multiple Access with Collision Detecion) thì các thành viên trong mạng
Ethernet cơng nghiệp đều bình đẳng với nhau.
Ngồi ra, bộ điều khiển cịn có thể sử dụng giao thức truyền thơng của các
mạng như sau: MPI, PPI, IE…
Hệ thống phân phối xả liệu là một hệ thống thuộc phân cấp cuối cùng trong
mơ hình phân cấp chức năng, chúng có nhiệm vụ thực hiện các tín hiệu điều
khiển từ các cấp trên truyền xuống cho. Việc truyền tín hiệu, thơng tin giữa các
Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

18

Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

thiết bị điều khiển- giám sát ở cấp trên với các thiết bị cấp chấp hành cần phải
được thực hiện với thời gian nhanh chóng, chính xác. Như vậy, cần có sự kết
nối chặt chẽ và xử lí truyền thơng tin nhanh chóng, nên nhóm đã chọn giao thức
truyền thơng của hệ thống Profibus vì:
Hệ thống ProFiBus là một hệ thống Bus trường chuẩn mở rộng dùng để nối
các thiết bị trường với các thiết bị điều khiển và giám sát. ProfiBus
là một thiết bị nhiều chủ, nó cho phép các thiết bị điều khiển tự
động, các trạm kỹ thuật và hiển thị quá trình cũng như các phụ
kiện phân tán cùng làm việc trên một đường truyền chung là
Bus. ProfiBus thực hiện chức năng ứng dụng hoạt động theo
chu kỳ, có độ tin cậy cao và có khả năng đáp ứng cao về tính
năng thời gian thực.
Sau đây chúng ta tìm hiểu rõ hơn về giao thức truyền thông Profinet:


Mạng PROFIBUS
PROFIBUS - Process Field Bus. Đây là một chuẩn truyền thông được
SIEMENS phát triển từ năm 1987 trong DIN 19245. PROFIBUS được thiết lập
theo phương pháp hệ truyền thông mở, không phụ thuộc vào nhà chế tạo (Open
Communication Network) phục vụ cho các cấp phân xưởng và cấp trường.
Mạng PROFIBUS tuân theo chuẩn EN 50170 cho phép kết nối các bộ điều
khiển PLC, các thiết bị vào/ra phân tán, các bộ lập trình PC/PG, các cơ cấu chấp
hành, các thiết bị hãng khác.
Mong muốn có một tiêu chuẩn truyềnthơng trên một mạng cho các ngành
cơng nghiệp, có khả năng chuẩn đoán rộng và các chức năng dịch vụ rộng khắp

mạng lưới đã dẫn tới sự gia tăng của việc sử dụng Ethernet công nghiệp. Tổ
chức PROFIBUS/PROFINET quốc tế (PI)cung cấp một chuẩn truyền thơng
tồn diện thơng qua Ethernet công nghiệp để đáp ứng mọi yêu cầu, câu trả lời
làPROFINET.PI đã phát triển 1 chuẩn qua các kinh nghiệm thu được từ
nhiềunăm phát triển của Profibus để thích hợp với Ethernet công nghiệp cho các
yêu cầu chuyên biệt trong cơng nghiệp. Kết quả chính là Profinet, một chuẩn
cơng nghiệp tồn diện dựa trên chuẩn Ethernet cơng nghiệp cho truyền thông
mở, độc lập với các nhà cung cấp. PROFINET đáp ứng tất cả các yêu cầu sử
dụng Ethernet ở tất cả các cấp độ và trong mọi ứng dụng tự động hóa. Điều này
làm cho PROFINET trở nên rất linh hoạt, đáng tin cậy và thiết thực trong môi
trường công nghiệp.
Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

19


Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

Đối với hệ thống này, chúng em sử dụng chuẩn giao thức PROFIBUS - mạng
trường dựa trên chuẩn Ethernet Công nghiệp của hệ thống mạng Profibus.
Giao thức PROFIBUS –DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ
(Monomaster) hoặc nhiều trạm chủ (Multimaster) với số trạm tối đa trong
một đoạn mạng là 126 trạm. Trong cấu hình nhiều chủ, tất cả các trạm chủ
đều có thể đọc dữ liệu đầu vào/ra của các trạm tớ nhưng chỉ duy nhất một
trạm chủ được quyền ghi dữ liệu đầu ra.
Các quy định cho cấu hình hệ thống bao gồm số lượng trạm, gán địa chỉ cho
các I/O phân tán, đồng nhất dữ liệu I/O, dạng thơng báo chuẩn đốn và thơng
số Bus sử dụng.

Sự tích hợp của hệ thống mạng trường hiện tại và sự bảo toàn vốn đầu tư là
một phần cốt yếu của Profinet. Mơ hình thiết bị chuẩn Profinet dựa trên mơ hình
Profibus, nghĩa là các mơ đun I/O của các thiết bị ngoại vi chủ yếu vẫn có thể sử
dụng được.
Các bộ điều khiển khác nhau có sẵn như Simatic S7 CPU của Siemens có
cả giao diện Ethernet và Profibus. Hệ thống hiện có có thể dễ dàng tích hợp với
mơi trường Profinet mới. Việc chuyển đổi chương trình người dùng khơng địi
hỏi nỗ lực lớn, và việc thay thế toàn bộ hệ thống Profibus hiện hữu, xây dựng hệ
thống mới là không cần thiết.
Một khả năng tích hợp khắc nữa là cơng nghệ proxy – ví dụ, IE/PB Link
PN IO của Simatic Net – hoạt động như một đại diện của các thiết bị Profibus,
liên kết này cũng có sẵn với một giao diện mạng LAN không dây, điều này cũng
cung cấp khả năng cải tiến để tích hợp PROFIBUS với cơng nghệ khơng dây
vào các giải pháp PROFINET.
Do hệ thống sử dụng hệ thống này có nhiều Master, chẳng hạn như các
thiết bị cấu hình, các thiết bị chuẩn đoán hoặc một số hệ thống con
(subsystem) phụ thuộc lẫn nhau trên một Bus. Cấu trúc điều khiển cũng được
thiết kế theo kiểu tập trung với các đầu vào/ra phân tán:

Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

20


Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

Sử dụng cấu trúc kiểu tập trung đầu vào/ra phân tán mang lại các ưu
điểm sau:

-

Tiết kiệm dây dẫn, cơng đi dây, nối dây.
Giảm kích thước hộp điều khiển.
Tăng độ linh hoạt hệ thống.
Thiết kế, bảo trì dễ dang nhờ cấu trúc đơn giản.
Khả năng chuẩn đoán tốt .
Tăng độ tin cậy cho toàn bộ hệ thống

Mạng Profibus – DP sử dụng chuẩn truyền RS-485, đây cũng là chuẩn
truyền cơng nghiệp, tín hiệu truyền là điện áp vi sai trên 2 dây AB, do đó có
khả năng chống nhiễu cao và cho phép dữ liệu đi xa với khoảng cách lớn,
khoảng cách giữa hai trạm trong tối đa 50m neeys sử dụng bộ lặp tín hiệu
(Repeater) sẽ cho phép khoảng cách lên đến 1000m.

Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

21


Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

Ngồi ra, trên bộ điều khiển PLC cịn lắp cổng truyền dẫn RS-485, một
trong những ưu điểm của cổng truyền dẫn này là có khả năng truyền tốc độ cao,
vì thế nó được sản xuất phát triển nhằm phù hợp với mơi trường địi hỏi an tồn
về cháy nổ.
Tìm hiểu về cổng truyền dẫn RS-485:

Vấn đề giao tiếp giữa PC và thiết bị điều khiển rất quan trọng trong các
ứng dụng điều khiển, đo lường... Ghép nối qua cổng nối tiếp RS-485 là một
trong những kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để ghép nối các thiết bị ngoại vi
với máy tính.
Các máy tính hay bộ điều khiển tích hợp thường có 1 hoặc 2 cổng nối
tiếp theo chuẩn RS-485 được gọi là cổng Com. Chúng được dùng ghép nối cho
chuột, modem, thiết bị đo lường...Trên main máy tính có loại 9 chân hoặc lại
25 chân tùy vào từng chủng loại máy và hệ máy khác nhau.
Đặc tính truyền dẫn giao thức này bao gồm:
+ Tốc độ truyền thông từ 9,6 kbit/s đến 12 Mbit/s
+ Cáp truyền được sử dụng là cáp đơi dây xoắn có bảo vệ (STP)
+ Khoảng cách truyền lớn
+ Chiều dài tối đa của một đoạn mạng là từ 100 đến 1200m, phụ thuộc tốc độ
+
+

truyền.
Phương pháp mã hóa bit NRZ
Số lượng tối đa các trạm trong mỗi đoạn.

Sau đây là cách kết nối giao thức truyền thông Profibus theo chuẩn Ethernet
cho PLC S7- 300 trên máy tính:
- Tạo một Project mới:
Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

22


Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

Trong phần trạm của PLC S7-300 ta kích đúp vào Hardware để cài đặt cấu hình

phần cứng cho PLC:

Chọn các thiết bị phần cứng trong thư viện cho PLC (ở bên phải màn hình ):

Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

23


Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

Chọn các đúng mà các thiết bị sau đo hiện ra bảng cài đặt :
Kích chuột phải vào mỗi dòng rồi chọn Insert Opject để vào tùy chọn, bước
đầu đặt loại máy và dịng vào cho trạm:

Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

24


Bộ môn: Đo lường và điều khiển

Môn: Hệ thu thập dữ liệu

Chọn đúng mã số của thiết bị. Các thiết bị được kéo thả xuống đúng vị trí Slot.
Địa chỉ IP của mạng được đặt đúng, kế tiếp để tạo Subnet. chọn tiếp OK.

Nhóm 1 – ĐH – Điện 2 – K8

25