Xây dựng hệ thống truyền thông PLC S71200 qua mạng Ethernet
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (19.75 MB, 54 trang )
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
.....................
Ngày ... Tháng ... Năm 2022
Giáo viên hướng dẫn
GVHD:
1
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
MỤC LỤC
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn.......................................................................1
MỤC LỤC............................................................................................................................2
DANH MỤC HÌNH ẢNH..................................................................................................4
DANH MỤC BẢNG...........................................................................................................6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI..............................................................................8
1.1. Khái niệm kết nối truyền thông PLC với các thiết bị ngoại vi..................8
1.2. Vai trị kết nối truyền thơng PLC với các thiết bị ngoại vi.........................8
1.3. Ứng dụng kết nối truyền thông PLC với các thiết bị ngoại vi...................9
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................................10
2.1. PLC S7 1200.....................................................................................................................10
2.2. Khái niệm về mạng truyền thông công nghiệp..............................................12
2.3. Giới thiệu phần mềm TIA PROTAL V15.1...........................................................13
2.4. Các phương pháp truyền thông PLC....................................................................15
2.4.1. Phương pháp truyền thông PROFIBUS-DP....................................................15
2.4.2. Phương pháp truyền thông RS 232..................................................................17
-Ưu nhược điểm của RS485............................................................................................................20
2.4.5. Phương pháp truyền thông MODBUS..............................................................22
2.4.6. Phương pháp truyền thông TCP/IP...................................................................23
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THỰC NGHIỆM...........................................................26
3.1. Mô hình mạng PLC........................................................................................................26
3.2. Giao tiếp mạng Profinet với PLC S7-1200.........................................................27
3.3. Xây dựng chương trình điều khiển.......................................................................31
3.3.1. Thuật tốn điều khiển............................................................................................32
3.3.2. Khai báo cấu hình phần cứng..............................................................................34
3.3.3. Chương trình điều khiển........................................................................................35
3.4. Thực nghiệm....................................................................................................................47
3.4.1. Kết nối vật lý của hệ thống..................................................................................47
3.4.2. Mô phỏng q trình vận hành mơ hình..........................................................48
GVHD:
2
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
KẾT LUẬN.........................................................................................................................52
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................52
GVHD:
3
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. CPU PLC S7_1200……………………………………………………………10
Hình 2.2. Mạng truyền thơng cơng nghiệp ………………………………………...……12
Hình 2.3. Giao diện chính của phần mềm tia portal…………………………………..…13
Hình 2.4. Sơ đồ tổng quan mạng profibus……………………………………...………..15
Hình 2.5. Cổng kết nối RS232……………………….…………………………………..17
Hình 2.6. RS232 25 chân kết nối …..……………………………………………………18
Hình 2.7. Cấu tạo của RS48…………………………...…………………………………19
Hình 2.8. Sơ đồ cấu hình 2 dây của RS485 …………..…………………………………19
Hình 2.9. Sơ đồ cấu hình 4 dây của RS485…...…………………………………………20
Hình 2.10. Sơ đồ truyền thơng mạng Ethernet…..………………………………………21
Hình 3.1. Cấu trúc hệ thống của bài tốn…………………………………...……………26
Hình 3.2. Sơ đồ đấu nối cáp thẳng và cáp chéo ……………………………………...….27
Hình 3.3. Lệnh truyền thơng với giao thức USS………………………………………...27
Hình 3.4. Hàm GET_DB…………………………….…………………………………..28
Hình 3.5. Hàm PUT_DB…………………..……………………………………………..29
Hình 3.6. Cấu trúc trạm PLC số 1 (MASTER) …………….……………………………31
Hình 3.7. Cấu trúc trạm PLC số 2 (SLAVE) ……………………………………………31
Hình 3.8. Thuật tốn điều khiển chương trình ……………………..……………………33
Hình 3.9. Cấu hình phần cứng của master…………………….…………………………34
Hình 3.10. Cấu hình phần cứng của slave……………….………………………………34
Hình 3.11. Sơ đồ truyền thơng profinet………….………………………………………35
Hình 3.12. Kết nối vật lý giữa hai PLC………….………………………………………47
Hình 3.13. Khi ta nhấn start_master………………………..……………………………48
Hình 3.14. Khi ta nhấn stop_master……………………...………………………………49
Hình 3.15. Khi ta nhấn start_slave…………………………………….…………………50
GVHD:
4
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Hình 3.16. Khi ta nhấn stop_slave…………….…………………………………………51
GVHD:
5
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. So sánh giữa các model………………………………………………………11
Bảng 2.2. Khoảng cách mạng profibus_DP……………………………………………..16
Bảng 2.3. Chiều dài tối đa của một đoạn mạng Ethernet………………………………..22
Bảng 3.1. Các thông số chi tiết của GET_DB…………………………………………...28
Bảng 3.2. Các thông số chi tiết của PUT_DB……………………………………………30
GVHD:
6
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay, truyền thơng trong các hệ thống đang dần chiếm ưu thế. Trong lĩnh vực
công nghiệp, việc truyền thông giữa các PLC đang dần trở thành tiêu chuẩn kết nối của
hệ thống bởi nó giảm thiểu độ phức tạp của sơ đồ kết nối giữa các PLC trong cùng một
hệ thống nhưng vẫn đảm bảo thông tin cho hoạt động của các PLC.
Điều khiển truyền thông cho các PLC có thể thực hiện thơng qua các mạng
Profibus, CAN, MOSBUS, Ethernet… Nhưng đối với các ứng dụng nhỏ thì việc thiết kế
một mạng Ethernet sẽ cho hiệu quả kinh tế cao nhất do có thể sử dụng các thiết bị phổ
biến hiện nay. Ngoài ra, mạng Ethernet cho phép truyền tải được lượng thông tin và số
điểm kết nối lớn vượt hơn hẳn so với các mạng truyền thông khác. Làm việc trong môi
trường yêu cầu cao về nghiên cứu, việc tiếp cận đến các lĩnh vực điều khiển mới để nâng
cao chất lượng, đưa ra những giải pháp điều khiển, xây dựng các mơ hình minh chứng lý
thuyết và bài toán thực tế.
Với sự hướng dẫn của cô : Lê Thị Minh Tâm chúng em đã tiến hành nghiên cứu và
thiết kế đề tài. “Xây dựng hệ thống truyền thông PLC S7-1200 qua mạng Ethernet”.
Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế có hạn nên khơng
thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cơ đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn.
Nhóm sinh viên thực hiện :
1.
2.
GVHD:
7
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Khái niệm kết nối truyền thông PLC với các thiết bị ngoại
vi
- Truyền thông trên plc tức là khả năng kết nối với các thiết bị ngoại vi
xung quanh để truyền dữ liệu. Ví dụ như plc có thể kết nối với hmi để
nhận lệnh điều khiển từ người công nhân vận hành, hoặc plc có thể kết
nối truyền thơng với nhiều plc khác để phối hợp cùng điều khiển một
hệ thống lớn.
- Nhiều loại plc hiện nay được tích hợp sẵn plc trên CPU như 232, 485
hoặc cả ethernet hoặc có một số dạng PLC được tích hợp truyền thơng
dưới dạng module, muốn dùng truyền thông các bạn phải mua thêm
những loại module này.
Mạng truyền thơng trên plc có thể kết nối với nhiều thiết bị khác
nhau như:
Kết nối với nhiều loại plc cùng hãng hoặc khác hãng để trao đổi
dữ liệu cùng điều khiển một máy móc dây chuyền phức tạp
hoặc hệ thống lớn.
Truyền thơng với màn hình HMI hoặc hệ scada để điều khiển và
giám sát từ.
Kết nối với thiết bị ngoài vi như biến tần, servo, bộ điều khiển
nhiệt độ, đồng hồ đo công suất, ampe và điện áp có tích hợp
truyền thơng.
1.2. Vai trị kết nối truyền thông PLC với các thiết bị ngoại vi
Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp, đặc biệt là bus trường để
thay thế cách nối điểm-điểm cổ điển giữa các thiết bị cơng nghiệp
mang lại hàng loạt những lợi ích như sau:
Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp:
Một số lượng lớn các thiết bị thuộc các chủng loại khác nhau
được ghép nối với nhau thông qua một đường truyền duy nhất.
GVHD:
8
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Tiết kiệm dây nối và công thiết kế, lắp đặt hệ thống: Nhờ cấu
trúc đơn giản, việc thiết kế hệ thống trở nên dễ dàng hơn
nhiều. Một số lượng lớn cáp truyền được thay thế bằng một
đường duy nhất, giảm chi phí đáng kể cho nguyên vật liệu và
công lắp đặt.
Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thơng tin: Khi dùng
phương pháp truyền tín hiệu tương tự cổ điển, tác động của
nhiễu dễ làm thay đổi nội dung thông tin mà các thiết bị khơng
có cách nào nhận biết.
Nhờ kỹ thuật truyền thơng số, khơng những thơng tin truyền đi
khó bị sai lệch hơn, mà các thiết bị nối mạng cịn có thêm khả
năng tự phát hiện lỗi và chẩn đoán lỗi nếu có. Hơn thế nữa,
việc bỏ qua nhiều lần chuyển đổi qua lại tương tự-số và sốtương tự nâng cao độ chính xác của thơng tin.
Nâng cao độ linh hoạt, tính năng mở của hệ thống: Một hệ
thống mạng chuẩn hóa quốc tế tạo điều kiện cho việc sử dụng
các thiết bị của nhiều hãng khác nhau. Việc thay thế thiết bị,
nâng cấp và mở rộng phạm vi chức năng của hệ thống cũng dễ
dàng hơn nhiều. Khả năng tương tác giữa các thành phần
(phần cứng và phần mềm) được nâng cao nhờ các giao diện
chuẩn.
Đơn giản hóa/tiện lợi hóa việc tham số hóa, chẩn đốn, định vị
lỗi, sự cố của các thiết bị: Với một đường truyền duy nhất,
khơng những các thiết bị có thể trao đổi dữ liệu q trình, mà
cịn có thể gửi cho nhau các dữ liệu tham số, dữ liệu trạng thái,
dữ liệu cảnh báo và dữ liệu chẩn đốn. Các thiết bị có thể tích
hợp khả năng tự chẩn đốn, các trạm trong mạng cũng có thể
có khả năng cảnh giới lẫn nhau.
Việc cấu hình hệ thống, lập trình, tham số hóa, chỉnh định thiết
bị và đưa vào vận hành có thể thực hiện từ xa qua một trạm kỹ
thuật trung tâm. Mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng
mới của hệ thống.
Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp cho phép áp dụng các
kiến trúc điều khiển mới như điều khiển phân tán, điều khiển
phân tán với các thiết bị trường, điều khiển giám sát hoặc chẩn
GVHD:
9
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
đốn lỗi từ xa qua Internet, tích hợp thơng tin của hệ thống
điều khiển và giám sát với thông tin điều hành sản xuất và
quản lý công ty.
1.3. Ứng dụng kết nối truyền thông PLC với các thiết bị ngoại vi
Kết nối với nhiều loại plc cùng hãng hoặc khác hãng để trao đổi
dữ liệu cùng điều khiển một máy móc dây chuyền phức tạp
hoặc hệ thống lớn.
Truyền thơng với màn hình HMI hoặc hệ scada để điều khiển và
giám sát từ xa.
Kết nối với thiết bị ngoài vi như biến tần, servo, bộ điều khiển
nhiệt độ, đồng hồ đo công suất, ampe và điện áp có tích hợp
truyền thơng.
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. PLC S7 1200
Bộ điều khiển khả trình (PLC) S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức
mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều
khiển tự động. Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và
tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn
hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau.
Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và
mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra
một PLC mạnh mẽ. Sau khi người dùng tải xuống một chương trình,
CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các
thiết bị nằm trong ứng dụng. CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi
ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao gồm các
hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép tốn phức
hợp và việc truyền thơng với các thiết bị thơng minh khác.
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và
chương trình điều khiển:
GVHD:
10
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người dùng
cấu hình việc truy xuất các chức năng của CPU.
Người dùng có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã
nằm trong một khối xác định.
CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng
PROFINET. Các module truyền thơng là có sẵn dành cho việc giao tiếp
qua các mạng RS232 hay RS485.
Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và
dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho
nhiều ứng dụng khác nhau.
Hình 2.1. CPU PLC S7-1200
Bảng 2.1. So sánh giữa các model CPU
Chức năng
Kích thước vật
lí(mm)
Bộ nhớ người dùng:
- Bộ nhớ làm việc
- Bộ nhớ nạp
- Bộ nhớ giữ lại
I/O tích hợp cục bộ:
- Kiểu số
- Kiểu tương tự
Kích thước ảnh tiến
trình
Bộ nhớ bit (M )
Độ mở rộng các
moodul tín hiệu
Bảng tín hiệu
GVHD:
CPU 1211C
CPU1212C
90 x 100 x 75
CPU 1214C
110 x 100 x 75
25kB
1MB
2kB
50kB
2MB
2kB
-14 ngõ vào
-10 ngõ ra
-2 ngõ ra
-6 ngõ vào
-4 ngõ ra
-2 ngõ ra
-8 ngõ vào
-6 ngõ ra
-2 ngõ ra
1024 byte ngõ vào I và 1024 byte ngõ ra Q
4096 byte
Không
2
8192 byte
8
1
11
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Các modul truyền
thông
Các bộ đếm tốc độ
cao
- Đơn pha
3 (mở rộng về phía bên trái)
3
3 tại 100 kHz
3 tại 80 kHz
- Vuông pha
Các ngõ ra xung
Thẻ nhớ
Thời gian lưu giữ
đồng hồ thời gian
thực
PROFINET
Tốc độ thực thi tính
tốn thực
Tốc độ thực thi
Boolean
4
3 tại 100 kHz
1 tại 30 kHz
3 tại 80 kHz
1 tại 20 kHz
6
3 tại 100 kHz
3 tại 30 kHz
3 tại 80 kHz
3 tại 20 kHz
2
Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)
Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 400C
1 cổng truyền thông Ethernet
18 μs/lệnh
0,1 μs/lệnh
2.2. Khái niệm về mạng truyền thông công nghiệp
Mạng truyền thông công nghiệp là xương sống cho bất kỳ kiến trúc hệ thống tự
động hóa nào vì nó cung cấp một phương tiện trao đổi dữ liệu một cách mạnh mẽ, với
khả năng kiểm soát dữ liệu và tính linh hoạt để kết nối các thiết bị khác nhau. Với việc sử
dụng các mạng truyền thông kỹ thuật số độc quyền trong các ngành công nghiệp trong
thập kỷ qua đã dẫn đến việc cải thiện độ chính xác và tính tồn vẹn của tín hiệu kỹ thuật
số đầu cuối.
Các mạng này, có thể là LAN (Mạng cục bộ, được sử dụng trong một khu vực hạn chế)
hoặc WAN (Mạng diện rộng được sử dụng làm hệ thống tồn cầu) được kích hoạt để giao
tiếp lượng lớn dữ liệu bằng cách sử dụng một số kênh giới hạn. Mạng công nghiệp cũng
dẫn đến việc triển khai các giao thức truyền thông khác nhau giữa bộ điều khiển kỹ thuật
số, thiết bị hiện trường, các công cụ phần mềm liên quan đến tự động hóa khác nhau và
cả với các hệ thống bên ngoài.
Khi các hệ thống tự động hóa cơng nghiệp trở nên phức tạp với số lượng thiết bị tự động
hóa nhiều hơn trên tầng điều khiển, ngày nay, xu hướng hướng tới các tiêu chuẩn kết nối
Hệ thống Mở (OSI) cho phép kết nối và giao tiếp bất kỳ cặp thiết bị tự động hóa nào một
cách đáng tin cậy với bất kể nhà sản xuất.
GVHD:
12
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Với những tiến bộ trong công nghệ kỹ thuật số, công nghệ fieldbus hiện đang thống trị
lĩnh vực tự động hóa vì nó cung cấp phương tiện truyền thơng đa điểm mang lại hiệu quả
về chi phí và tiết kiệm cáp dẫn. Sau đây là tổng quan về mạng truyền thơng cơng nghiệp
đóng một vai trị quan trọng trong các hệ thống điều khiển cơng nghiệp ngày nay.
Hình 2.2. Mạng truyền thông công nghiệp
Mạng truyền thông công nghiệp (Industrial Communication Network) hay mạng
công nghiệp là một khái niệm chung chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit
nối tiếp nhằm mục đích ghép nối các thiết bị cơng nghiệp giúp các thiết bị có thể giao
tiếp được với nhau và kiến tạo thành một mạng lưới, một hệ thống đồng nhất có sự phân
cấp và được kiểm sốt chặt chẽ. Với các hệ thống truyền thông công nghiệp hiện nay cho
phép liên kết mạng ở nhiều mức, nhiều cấp khác nhau: từ các cảm biến, cơ cấu chấp hành
(thuộc phân cấp hiện trường) cho đến các máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính
điều khiển giám sát và các máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty.
2.3. Giới thiệu phần mềm TIA PROTAL V15.1
TIA Portal viết tắt của Totally Integrated Automation Portal là một phần
mềm tổng hợp của nhiều phần mềm điều hành quản lý tự động hóa,
vận hành điện của hệ thống. Có thể hiểu, TIA Portal là phần mềm tự
động hóa đầu tiên, có sử dụng chung 1 mơi trường/ nền tảng để thực
hiện các tác vụ, điều khiển hệ thống.
GVHD:
13
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Hình 2.3. giao diện chính của phần mềm tia portal
TIA Portal được phát triển vào năm 1996 bởi các kỹ sư của Siemens, nó
cho phép người dùng phát triển và viết các phần mềm quản lý riêng lẻ
một cách nhanh chóng, trên 1 nền tảng thống nhất. Giải pháp giảm
thiểu thời gian tích hợp các ứng dụng riêng biệt để thống nhất tạo hệ
thống.
TIA Portal – Tích hợp tự động toàn diện là phần mềm cơ sở cho tất cả
các phần mềm khác phát triển: Lập trình, tích hợp cấu hình thiết bị
trong dải sản phẩm. Đặc điểm TIA Portal cho phép các phần mềm chia
sẻ cùng 1 cơ sở dữ liệu, tạo nên tính thống nhất, tồn vẹn cho hệ thống
ứng dụng quản lý, vận hành.
TIA Portal tạo mơi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác:
1. Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ
trợ đa dạng.
2. Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát.
3. Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong
project để xác định bệnh, lỗi hệ thống.
GVHD:
14
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
4. Tích hợp mơ phỏng hệ thống.
5. Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị
Siemens.
Hiện tại phần mềm TIA Portal có nhiều phiên bản như TIA Portal V14,
TIA Portal V15, TIA Portal V16 và mới nhất là TIA Portal V17. Tùy theo
nhu cầu sử dụng mà người dùng sẽ lựa chọn cài đặt TIA portal phiên
bản tương ứng.
Ưu nhược điểm khi sử dụng TIA Portal
TIA Portal là thuật ngữ quen thuộc được ứng dụng trong các lĩnh vực tự
động hóa, tích hợp nhiều phần mềm phổ thông khác như: HMI, PLC,
Inverter của Siemens. Phần mềm TIA Portal có những ưu và nhược
điểm trong vận hành hệ thống tự động hóa.
Ưu điểm:
1. Tích hợp tất cả các phần mềm trong 1 nền tảng, chia sẻ cơ sở
dữ liệu chung dễ dàng quản lý, thống nhất cấu hình. Giải pháp
vận hành thiết bị nhanh chóng, hiệu quả, tìm kiếm khắc phục
sự cố trong thời gian ngắn.
2. Tất cả các yếu tố: bộ lập trình PLC, màn hình HMI được lập
trình và cấu hình trên TIA Portal, cho phép các chuyên viên tiết
kiệm thời gian thao tác, thiết lập truyền thông giữa các thiết bị.
Chỉ với 1 biến số của bộ lập trình PLC được thả vào màn hình
HMI, kết nối được thiết lập mà khơng cần bất ký thao tác lập
trình nào.
Hạn chế: Do tích hợp nhiều phần mềm, cơ sở dữ liệu hệ thống lớn nên
dung lượng bộ nhớ khổng lồ. Yêu cầu kỹ thuật cao của người lập trình,
quản lý, tốn nhiều thời gian để làm quen sử dụng.
GVHD:
15
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
2.4. Các phương pháp truyền thông PLC
2.4.1. Phương pháp truyền thơng PROFIBUS-DP
Hình 2.4. Sơ đồ tổng quan mạng Profibus
a, Tổng quản
Profibus (Process Field Bus) là hệ thống bus cho phép kết nối nhiều
thiết bị khác nhau, từ các thiết bị thường (cảm biến và chấp hành) cho
tới vào ra phân tán, các thiết bị điều khiển giám sát. Profibus định
nghĩa ba loại giao thức đó là:
- Profibus - FMS là giao thức nguyên bản của Profibus , được dùng chủ
yếu cho việc giao tiếp giữa các thiết bị điều khiển và điều khiển giám
sát . Tuy nhiên gần đây , vai trò của mạng Profibus - FMS ngày càng mờ
nhạt do sự cạnh tranh của các mạng trên nền Ethernet ( Ethernet / IP ,
PROFINET , High - speed Ethernet )
- Profibus - DP ra đời sau , nhưng nó là một giao thức đơn giản và
nhanh hơn nhiều so với Profibus - FMS . Profibus - DP được xây dựng tối
ưu cho việc kết nối các thiết bị vào / ra phân tán và các thiết bị trường
với các thiết bị điều khiển . Profibus - DP lúc đầu được sử dụng phổ biến
trong các ngành công nghiệp chế tạo và lắp ráp , hiện nay phạm vi ứng
dụng của Profibus - DP ngày càng rộng ở nhiều lĩnh vực khác nhau .
Profibus - PA là kiểu đặc biệt được sử dụng ghép nối trực tiếp các thiết
bị trường trong các lĩnh vực tự động hóa các quá trình có mơi trường dễ
cháy nổ , đặc biệt trong công nghiệp chế biến . Thực chất , Profibus PA chính là mở rộng của Profibus - DP xuống cấp trường .
GVHD:
16
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
- Profibus là giải pháp chuẩn , đáng tin cậy cho nhiều phạm vi ứng
dụng khác nhau , đặc biệt là các ứng dụng có yêu cầu cao về tính năng
thời gian .
b, Mạng profibus-DP
Profibus_dp sử dụng truyển dẫn RS-485 có các đặc tính điện học và cơ
học như sau
-
Tốc độ truyền 9.6 Kbit/s đến 12 Mbit/s.
Cấu trúc bus, trong đó các tốc độ truyền từ 1.5 Mbit/s trở lên yêu
cầu cấu trúc đường thẳng (dasisy-chain).
Cáp truyền là cáp đơi dây xoắn có bảo vệ (SIP)
Trở kết thúc với các điện lần lượt 390-220-390 (ohm)
Chiều dài tối đa của một đoạn mạng (100-1200m) cũng như số
lượng tối đa các đoạn mạng (4-10) phụ thuộc vào tốc độ truyền
được lựa chọn quan hệ giữa các đại lượng trên được tóm tắt tắt
trong bảng sau 3.4
Bảng 2.2. Khảng cách mạng Profibus-DP
Tốc độ
truyền
(Kbit/s)
Khoảng
cách tối
đa trên
một
đoạn
mạng
(m)
Số lượng
tối đa
các
đoạn
mạng
Khoảng
cách tối
đa
mạng
(m)
GVHD:
9.6/19.2/93.
75
187.5
500
1500
3000/6000/120
00
1200
1000
400
200
100
10
10
10
10
4
12000
10000
4000
2000
400
17
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
-
-
Số lượng tối đa các trạm trong mỗi đoạn mạng là 32. Có thể dùng tối
đa 9 bộ lặp tức 10 đoạn mạng. Tổng số trạm tối đa trong một mạng
là 125
Chế độ truyền tải không đồng bộ và hai chiều khơng đồng thời.
Phương pháp mã hóa bit NRZ.
Về giao diện cơ học cho các bộ nối sử dụng loại D-Sub 9 chân
2.4.2. Phương pháp truyền thông RS 232
RS232 là một hình thức truyền dữ liệu nối tiếp. Hay nói một cách đơn
giản, đó là một hình thức giao tiếp. Hầu hết mọi người chỉ đơn giản gọi
nó là một kết nối nối tiếp.
Hình 2.5. Cổng kết
-Thơng số kỹ
RS232:
nối RS232
thuật của mạch
+Cấp điện áp:
RS232 cũng được
sử dụng như
mức nối đất và
5V. NHị phân 0
hoạt động với
điện áp +5V đến +15Vdc, được gọi là ‘’ON’’ (mức điện áp cao) trong
khi nhị phân 1 hoạt động với điện áp -5V đến -15Vdc. Nó được gọi là
‘’OFF’’ (mức điện áp thấp).
+Mức điện áp tín hiệu nhận được: nhị phân 0 hoạt động trên các điện
áp tín hiệu nhận được +3V đến +13Vdc và mứ nhị phân 1 hoạt động
với điện áp -3V đến -13Vdc.
+Trở kháng đường truyền: trở kháng của của dây lên tới 3-7 ohms và
chiều dài cáp tối đa là 15m, nhưng nằm trong giới hạn về điện dung
trên mỗi đơn vị chiều dài.
+Điện áp hoạt động: tối đa 250VAC
+Dòng định mức: tối đa 3A
+Cách điện: 1000 VAC
GVHD:
18
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
+Tốc độ xoay: tốc đọ thay đổi của các mức tín hiệu được gọi là tốc độ
xoay. Với tốc độ xoay lên tới 30 v/ms và tốc độ bit tối đa là 20 kbps.
-Cấu tạo của cổng RS232
Hình 2.6. RS232 9 chân kết nối
2.4.3. Phương pháp truyền thông RS 485
-RS485 là một phương thức giao tiếp nối tiếp giữa máy tính và các thiết
bị trong ngành cơng nghiệp, viễn thơng, POS, … Hay cịn được gọi là
TIA-485 (-A) hoặc EIA-485. RS485 còn được đặc biệt sử dụng ở các mơi
trường nhiễu có phạm vi đường truyền rộng lớn, đường cáp đi đường
dài trong môi trường nhiễu.
GVHD:
19
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
-RS485 không chỉ là giao diện từ thiết bị điện đến thiết bị đơn lẻ mà
còn là tổ hợp truyền thơng có chức năng tạo ra các mạng đơn giản của
nhiều thiết bị. Có thế liên kết lên tới 32 thiết bị trên một cặp dây đơn
với hệ thống dây nối đất có khoảng cách lên đến 1200m.
-Cấu tạo của RS485
Hình 2.7. Cấu tạo của RS485
-
Nguyên lý hoạt động
Dữ liệu khi được truyền qua 2 dây trong trạng thái xoắn lại. Khi dây xoắn lại khả năng
chống nhiễu cao và tín hiệu đường truyền sẽ tốt hơn. Trong mạng RS485 được chia thành
2 cấu hình: Cấu hình 2 dây (hệ thống bán song cơng), cấu hình 4 dây (hệ thống song cơng
tồn phần).
GVHD:
20
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Hình 2.8. Sơ đồ cấu hình 2 dây của RS485
Hình 2.9. Sơ đồ cấu hình 4 dây của RS485
-Ưu nhược điểm của RS485
+ Ưu điểm:
Sản phẩm tân biến, cải thiện được các điểm yếu của sản phẩm
RS232 đi trước.
Có thể giao tiếp, kết nối cùng lúc nhiều máy phát trên cùng hệ
thống mạng.
Kết nối được nhiều thiết bị trên cùng một hệ thống mạng.
GVHD:
21
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Đối với điện trở đầu vào 12Ω thì sẽ kết nối được với 32 thiết bị.
Hoặc các đầu vào có điện trở khác cũng có thể kết nối lên đến
256 thiết bị.
Khi RS485 kết nối với các thiết bị ở khoảng cách xa có thể dùng
thêm bộ lặp để tăng số lượng thiết bị kết nối.
Mỗi tín hiệu kết nối với hai dây tín hiệu sẽ truyền nhanh với
khoảng cách xa hơn.
+Nhược điểm:
Cùng lúc truyền nhiều thiết bị trên cùng một dây thì thời gian
đáp ứng sẽ chậm.
Các thiết bị kết nối phải chung chuẩn RS485 thay cho Analog
hiện hữu.
Cần có kiến thức về RS485 để sử dụng.
2.4.4. Phương pháp truyền thông Ethernet (LAN, RJ45)
Hình 2.10. Sơ đồ truyền thơng mạng Ethernet
- Ethernet là kiểu mạng cục bộ (LAN) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để phục
vụ cho cấp quản lý và trung tâm điều khiển. Thực chất Ethernet chỉ là mạng capas dưới
(lớp vật lý và một phần lớp liên kết dữ liệu), vì vậy có thể sử dụng các giao thức khác
nhau ở phía trên, trong đó TCP/IP là giao thức được sử dụng phổ biến nhất. Tuy vậy, mỗi
GVHD:
22
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
nhà cung cấp sản phẩm có thể thực hiện giao thức riêng hoặc theo một chuẩn quốc tế cho
giải pháp của mình trên cơ sở Ethernet.
- Mạng Ethernet có đặc điểm sau:
+ Về mặt logic, Ethernet có cấu trúc bus. Cấu trúc vật lý có thể là đường thẳng hoặc hình
sao tùy theo phương tiện truyền dẫn. Bốn loại cáp thông dụng nhất là cáp đồng trục, đôi
dây xoắn, quang, thậm chí khơng dây. Trong thực tế, ta có thể sử dụng phối hợp nhiều
loại cáp trong một mạng Ethernet. Ví dụ cáp quang hay cáp đồng trục dầy có thể sử dụng
là đường trục chính trong cấu trúc cây, với các đường nhánh là cáp đồng trục hoặc đơi
dây xoắn.
+ Mạng Ethernet có tốc độ truyền tối đa 10Mbit/s
+ Chiều dài đoạn mạng cũng như số lượng tối đa trạm trên đoạn mạng phụ thuộc vào
laoij cáp truyền bảng sau.
Bảng 2.3. Chiều dài tối đa của một đoạn mạng Ethernet
Loại cáp
Chiều dài đoạn tối đa
Số trạm tối đa/đoạn
Cáp đồng trục dầy
500m
100
Cáp đồng trục mỏng
200m
30
Cáp đôi dây xoắn
100m
1024
Cáp quang
2000m
1024
+Đối với mạng quy mơ lớn, có thể sử dụng các bộ lặp. Một hệ thống không hạn chế số
lượng các đoạn mạng cũng như số lượng các bộ lặp, mhuwng đường dẫn giữa hai bộ thu
phát không được phép dài quá 2.5km cũng như không được đi qua bốn bộ lặp.
GVHD:
23
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
+Mạng Ethernet sử dụng chế độ truyền đồng bộ với mã Manchester.
+Trong hệ thống mạng các trạn đều bỉnh đẳng như nhau.
2.4.5. Phương pháp truyền thông MODBUS
-MODBUS là một phương tiện truyền thông với nhiều thiết bị thông qua một cặp dây
xoắn đơn. Ban đầu, nó hoạt động trên RS232, nhưng sau đó nó sử dụng cho cả RS485 để
đạt tốc độ cao hơn, khoảng cách dài hơn, và mạng đa điểm (multi-drop). MODBUS đã
nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn thơng dụng trong ngành tự động hóa.
-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 RTU thường là các thiết bị hiện
trường, tất cả được kết nối với mạng trong cấu hình multi-drop. Khi một chủ MODBUS
RTU muốn có thơng tin từ thiết bị, chủ sẽ gửi một thông điệp về dữ liệu cần, tóm tắt dị
lỗi tới địa chỉ thiết bị. Mọi thiết bị khác trên mạng sẽ nhận thông điệp này nhưng chỉ có
thiết bị nào được chỉ định mới có phản ứng.
- Các thiết bị trên mạng MODBUS khơng thể tạo ra kết nối; chúng chỉ có thể phản ứng.
Nói cách khác, chúng “lên tiếng” chỉ khi được “nói tới”.
- Cách Modbus truyền thơng
+Modbus có mơ hình dạng Master – Slave. Mỗi thiết bị trong mạng modbus được cung
cấp một địa chỉ duy nhất. Như các thiết bị đo, cảm biến:Cảm biến BT100, Cảm biến áp
suất, cảm biến báo mức sử dụng sóng Radar. Trong frame truyền từ Master đến các
Slave có chứa ID định danh của thiết bị Slave.
+Modbus TCP truyền thông trên nền Ethernet. Thông tin từ Slave truyền về PLC, hệ
thống SCADA quản lý tập trung.
- có 3 loại Modbus phổ biến hiện nay:
Modbus ASCII
Mọi thông điệp truyền thông trong mạng giữa Master và Slave được mã hóa bằng
Hexadeci-mal. Theo ASCII 4 bit. Để truyền 1byte thơng tin có ích, nó cần đến 2byte để
truyền.
Ưu điểm có thể kể đến là thiết bị nhận sẽ hạn chế nhận thông tin sai lệch. Nhược điểm là
tốn tài nguyên truyền và chậm.
Modbus RTU
GVHD:
24
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Thơng tin được mã hóa theo hệ nhị phân. Truyền 1byte truyền thông cho mỗi 1byte thông
tin. Đây là thiết bị lí tưởng đối với RS 232 hay mạng RS485 đa điểm, tốc độ từ 1200 đến
115 baud. Tốc độ phổ biến nhất là 9600 đến 19200 baud. Có thể nói Modbus RTU hiện
đang là giao thức truyền thơng phổ biến nhất trong ngành tự động hiện nay.
Modbus TCP/IP
Đơn giản là Modbus RTU truyền thông qua Ethernet trên nền sử dụng IP cho mỗi
thiết bị Slave. Với Modbus TCP/IP, dữ liệu Modbus được đóng gói trong 1 gói
tin TCP/IP. Do đó, bất cứ mạng Ethernet đều có thể hỗ trợ truyền thông Modbus TCP/IP.
Hiện tại, ngành công nghiệp tự động đã và đang ứng dụng giao thức này rất nhiều. Bởi xu
hướng Internet of Thing đang phát triển rất mạnh và rất có lợi khi ứng dụng nó. Nhất là
trong ngành tự động có rất nhiều thiết bị đo lường.
2.4.6. Phương pháp truyền thông TCP/IP
-TCP/IP là một bộ các giao thức truyền thông được sử dụng để kết nối các thiết bị mạng
với nhau trên internet. TCP/IP cũng có thể được sử dụng như một giao thức truyền thơng
trong mạng máy tính riêng (mạng nội bộ). Trong đó, bộ Giao thức internet – một tập hợp
các quy tắc và thủ tục – thường gọi là TCP/IP (TCP/IP Protocol).
- Bộ giao thức TCP/IP hoạt động như một lớp trừu tượng giữa các ứng dụng internet và
hạ tầng router/switch.TCP/IP chỉ định cách dữ liệu được trao đổi qua internet. Nó thực
hiện bằng cách cung cấp thông tin liên lạc đầu cuối. Từ đó xác định cách nó được chia
thành các packet, xác định địa chỉ, truyền dẫn, định tuyến và nhận dữ liệu. TCP/IP được
thiết kế để đảm bảo độ tin cậy, nó có khả năng khơi phục tự động khi gặp sự cố trong quá
trình truyền dữ liệu.
-Nguyên lý hoạt động:
Thực tế trong giao thức TCP/IP, IP đóng góp một vai trò cực kỳ quan trọng.
Như tên gọi đã nói lên tất cả, TCP/TP là sự kết hợp giữa 2 giao thức.
IP cho phép máy tính chuyển tiếp gói tin tới một máy tính khác. Thơng qua một hoặc
nhiều khoảng (chuyển tiếp) gần với người nhận gói tin. Cịn TCP sẽ giúp kiểm tra các gói
dữ liệu xem có lỗi khơng sau đó gửi u cầu truyền lại nếu có lỗi được tìm thấy.
Như vậy, để trả lời cho câu hỏi về quy cách hoạt động của TCP/IP là gì thật ra rất đơn
giản.Bạn có thể hình dung việc truyền tin trên Internet tựa như một dây chuyền sản xuất.
Các công nhân sẽ lần lượt chuyền các bán thành phẩm qua những giai đoạn khác nhau để
bổ sung hoàn thiện sản phẩm. Khi đó, IP giống như là quy cách hoạt động của nhà máy,
cịn TCP lại đóng vai trò là một người giám sát dây chuyền, đảm bảo cho dây chuyền liên
tục nếu có lỗi xảy ra.
GVHD:
25
