BÀI GIẢNG ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 - CHƯƠNG 4 MẠNG AS_I docx

ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 75
CHƯƠNG 4: MẠNG AS_I

4.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG AS-I:
4.1.1 Khái niệm:
Hệ thống AS-I (Actuator Sensor Interface) hay giao tiếp actuator / sensor là hệ thống
kết nối cho cấp thấp nhất trong hệ thống tự động hóa. Các actuator và sensor được nối
với trạm hệ thống tự động qua bus giao tiếp AS (AS-I bus).
Giao tiếp này ra đời vào năm 1994.
Hình vẽ 4.1 giới thiệu vị trí của giao tiếp AS trong hệ thống điều khiển.

Cấp quản lý mạng
(Supervisory level)
Cấp sản xuất hoặc điều
khiển quá trình
(Production or process
control level)
Cấp cảm biến/ cơ
cấu chấp hành
Actuator/sensor
level
Các Bộ điều khiển lập trình
(Programmable Controllers)
Host computer
)
Cảm biến/ cơ cấu
chấp hành
Actuator/sensor)

Hình 4.1: Vị trí của AS-Interface trong hệ thống tự động hố

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.
Tên gọi của giao tiếp này phần nào diễn tả mục đích sử dụng duy nhất của AS-I là kết
nối các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành số với cấp điều khiển.
Từ một thực tế là hơn 80% cảm biến và cơ cấu chấp hành trong một hệ thống máy móc
làm việc với các biến logic, cho nên việc nối mạng chúng trước hết phải đáp ứng được
u cầu về giá thành thấp cũng như lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng đơn giản. Vì thế,
các tính năng kỹ thuật được đặt ra là:
- Khả năng tải dữ liệu và nguồn ni cho tồn bộ các cảm biến và một phần lớn
các cơ cấu chấp hành phải được truyền tải trên cùng một cáp hai dây.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 76
- Phương pháp truyền phải thật bền vững trong môi trường công nghiệp nhưng
không đòi hỏi cao về chất lượng đường truyền.
- Cho phép thực hiện cấu trúc mạng đường thẳng cũng như hình cây.
- Các thành phần giao diện có thể thực hiện với giá cả rất thấp.
- Các bộ nối phải nhỏ, gọn, đơn giản và giá cả hợp lý.
Với các hệ thống đường truyền đã có, các yêu cầu trên chưa đáp ứng một cách thỏa đáng
đã làm động lực cho việc hợp tác phát triển hệ bus AS-I.
Thế mạnh của AS-I là sự đơn giản trong thiết kế, lắp đặt và bảo dưỡng cũng như giá thành

thấp nhờ một phương pháp truyền thông đặc biệt một kỹ thuật kết nối điện cơ mới.
Hình 4.2 minh họa các hệ thống mạng kết nối giữa các thiết bị cảm biến và cơ cấu
chấp hành trên thực tế.
Hình a) là cách kết nối dây theo điểm-điểm cổ điển, trong đó một bộ điều khiển như
PLC đóng vai trò là nút trung tâm trong cấu trúc hình sao. Cách này có hạn chế là
phức tạp và chi phí cao cho đường truyền.
Có thể thay thế cách ghép nối cổ điển này bằng hệ thống bus đơn gian hơn, thực hiện
theo hai phương pháp sau :
- Sử dụng bus trường nối PLC với các thiết bị vào/ra phân tán như hình b).
- Sử dụng một hệ thống bus như AS-I nối PLC trực tiếp với các cảm biến và cơ
cấu chấp hành như hình c).

a) Nối điểm –điểm b) Bus trường vào/ra c) Giao tiếp AS-I
Hình 4.2: Ghép nối cảm biến và cơ cấu chấp hành số
PS

CPU






PS

CPU

PS

CPU

PLC



Cảm biến /cơ cấu cấp hành

Cảm biến /cơ cấu cấp hành

Cảm biến /cơ cấu cấp hành

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 77
4.1.2 Giao tiếp AS-I:
a. Đặc tính:
- AS-Interface được tối ưu hóa để kết nối các sensor và các actuator nhị phân. Cáp
AS-I được sử dụng vừa để trao đổi dữ liệu giữa các sensor, actuator và Master
cũng như vừa cung cấp nguồn điện cho các sensor.
- Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị.
- Giảm đáng kể giá thành dây nối và công lắp đặt hệ thống.
- Nâng cao độ chính xác trong truyền dữ liệu.
- Nâng cao độ linh hoạt và tính năng mở của hệ thống.
- Đơn giản hoá, tiện lợi trong việc chẩn đoán, định vị lỗi, sự cố các thiết bị.
- Nâng cao khả năng tương tác giữa các thành phần (phần cứng và phần mềm) nhờ
giao tiếp chuẩn.
- Mở rộng nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới của hệ thống ( có khả năng
điều khiển phân tán, điều khiển giám sát từ xa qua Internet).
- Thời gian đáp ứng nhanh : AS-I Master cần tối đa 5ms để trao đổi dữ liệu tuần
hoàn đến 31 trạm.
- Với các standard AS-I Module thì có thể lên đến 124 sensor và 124 actuator hoạt
động trên cáp AS-I.
- Nếu sử dụng các AS-I Module có chế độ địa chỉ mở rộng (extended addressing
mode) , có thể lên đến 186 actuators và 248 sensors có thể được hoạt động với
một Master có chế độ mở rộng .
- Các AS-I Master có chế độ mở rộng của Siemens cung cấp việc truy cập cực kỳ
đơn giản các analog sensors/actuators hoặc các Modules hoạt động theo profile

7.3/7.4 .
Hình 4.3 và Hình 4.4 minh họa việc nối dây thực tế theo phương pháp mới và cổ điển.

Hình 4.3 : Kết nối dây cổ điển
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 78

Hình 4.4 : Nối dây sử dụng giao tiếp AS-I

b. Các thành phần mạng AS-I:
Các thành phần hợp thành hệ thống AS-I bao gồm :
- AS-I Master.
- AS-I Slave: gồm các Module AS-I và các sensor/actuator có tích hợp các bộ nối
AS-I.
- Cáp AS-I.
- Nguồn AS-I.
- Bộ định địa chỉ.
- Phần mềm chẩn đoán hệ thống AS-I .
Hình 2.5 trình bày các thành phần trong mạng AS-I.
Hình 2.6 trình bày sơ đồ một mạng AS-I tiêu biểu.


Hình 4. 5 : Các thành phần mạng AS-I

Truong DH SPKT TP. HCM

Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 79
Bảng 4.1 trình bày các AS-I Master trong hệ thống tự động hoá của SIEMENS.
System AS-I Master
SIMATIC S5 PLC CP 2433 for S5-90U,S5-100U
CP 2430 for S5-135U,S5-155U
SIMATIC S7 PLC CP 242-2 for S7-200
CP 242-8 for S7-200
CP 342-2 for S7-300
SIMATIC C7 C7-621 AS-I
Distributed I/Os DP/AS-Interface Link 20
CP 242-8 for S7-200
CP 2433 for ET 200U
CP 342-2 for ET 200M
CP 142-2 for ET 200X
DP/AS-Interface Link 65
IBM-compatible PCs CP 2413 for PC-AT
Bảng 4.1: Các AS-I Master của Siemens


Hình 4.6 : Sơ đồ một mạng AS-I
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4

TRANG – 80
c. Cấu trúc mạng AS-I:
Các hình vẽ dưới đây cho ta thấy các kiến trúc của hệ thống AS-I. Các thành phần
thêm vào có thể được đặt dọc theo đường AS-I hoặc theo các nhóm, thí dụ như các đầu
của các nhánh cây khác nhau.
Các cấu trúc bao gồm:
- Đường dây 100m và một AS-I Slave ở cuối đường dây.
- Đường dây 90m và nối hình sao với 31 Slave ở cuối đường dây.
- Hình sao với 31 Slave và cùng hoặc không cùng chiều dài cáp đến Master.
- Đường thẳng với 31 Slave được phân bố trên mạng.
- Tổ hợp của các phần kể trên.
Chú ý:

Tổng chiều dài cáp bị giới hạn ở 100m. Muốn cho mạng rộng hơn ta phải sử dụng
Repeater hay Extender.

- Kiểu hình sao:
Các Slave được nối chung vào một Master controller thông qua cáp AS-I., theo
hình vẽ 4.7

Hình 4.7 : Mạng hình sao


- Kiểu đường thẳng:
Các Slave được nối nối tiếp với nhau thông qua cáp AS-I và cáp này nối vào
Master Controler, theo hình vẽ 4.8

Cáp AS
-
I

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 81

Hình 4.8: Mạng đường thẳng


- Kiểu hình nhánh:
Các Slave được nối song song với cáp AS-I thông qua các đầu nối T (T
connector) và cáp AS-I này được nối vào Master Controler, theo hình vẽ 4.9.














Hình 4.9: Mạng hình nhánh


- Kiểu hình cây:
Các Slave cũng được nối chung với nhau bằng đầu nối T và từ đầu nối này được
nối song song lên cáp AS-I và từ cáp AS-I này được nối với Master Controler.
Cáp AS
-

I

T
connector

Cáp AS
-
I

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 82













Hình 4.10: Mạng hình cây

4.1.3 Hoạt động của mạng AS-I:
a. Nguyên tắc hoạt động mạng AS-I:
- Kỹ thuật truy cập Master – Slave:
AS-Interface là “hệ thống một Master”, điều này có nghĩa là chỉ có một Master trên
mạng AS-I điều khiển trao đổi dữ liệu. Master này sẽ hỏi xoay vòng tất cả các Slave
và đợi trả lời.
- Địa chỉ điện tử:
Mỗi AS-I Slave có một địa chỉ riêng của nó. Điều này chỉ xảy ra một lần trong hệ
thống AS-I. Việc đặt địa chỉ có thể sử dụng bộ định địa chỉ hoặc thông qua AS-I
Master. Địa chỉ được lưu trữ cố định trong AS-I Slave. Các AS-I Slave được cung cấp
từ nhà sản xuất luôn có địa chỉ “0”.
- Hoạt động tin cậy và linh hoạt:
Người ta sử dụng kỹ thuật truyền tốc độ cao. Master giám sát điện áp trên cáp và dữ
liệu được truyền. Nếu phát hiện có lỗi truyền và hư hỏng trong các Slave, nó truyền
thông điệp đến PLC. Người sử dụng có thể xử lý với thông điệp này. Việc trao đổi hay
thêm các Slave trong hoạt động bình thường không làm thay đổi, không làm sai truyền
thông với các mạng khác.
b. Đặc tính vật lý:
- Cáp 2 dây cho dữ liệu và nguồn:
Sử dụng cáp 2 dây có tiết diện ngang 2x1,5 mm
2
trong mạng. Cả dữ liệu và nguồn điện
được truyền trên cáp này. Năng lượng khả dụng phụ thuộc vào đơn vị nguồn điện AS-I
đang sử dụng. Để nối dây tối ưu , người ta sử dụng cáp được bảo vệ cơ khí để ngăn sự
kết nối ngược và làm đơn giản tiếp xúc với các Module ứng dụng AS-I sử dụng kỹ
thuật ấn xuyên cách điện (Penetration technique).
Cáp AS
-
I

T connector
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 83
- Mạng cấu trúc cây:
“Cấu trúc cây” của AS-I cho phép bất kỳ điểm nào trên bộ phận cáp (Cable section)
cũng được sử dụng như bắt đầu một nhánh mới. Tổng chiều dài này của tất cả các
subsection có thể lên đến 100 m.
- Tích hợp trực tiếp:
Thực tế tất cả các mạch điện tử cần cho các Slave đã được tích hợp trên một IC đặc
biệt. Việc này cho phép bộ kết nối AS-I được tích hợp trực tiếp vào các actuator và các
sensor nhị phân. Tất cả các thành phần yêu cầu có thể được cài đặt trong không gian
xấp xỉ 2 cm³.
- Tích hợp nhiều chức năng cho người sử dụng:
Với khả năng tích hợp trực tiếp sẽ cho phép tất cả các thiết bị được trang bị đầy đủ
các chức năng trên bốn đường dữ liệu và bốn đường tham số. Các actuator/sensor
thông minh như vậy làm tăng thêm các khả năng của mạng như giám sát, gán tham số,
kiểm tra ô nhiễm …
c. Dữ liệu số:
- Chu kỳ quét:
o Tối đa 5 ms đối với các standard AS-I Slaves.
o Tối đa 10 ms đối với các AS-I Slaves có chế độ địa chỉ mở rộng
AS-I sử dụng chiều dài thông điệp không đổi. Với AS-I ta không cần các thủ tục phức
tạp để điều khiển việc truyền dữ liệu và nhận dạng các chiều dài thông điệp hoặc các
khuôn mẫu dữ liệu. Việc này làm cho các Master có thể hỏi vòng tất cả các Slave kết

nối trong vòng tối đa 5ms và cập nhật dữ liệu trên tất cả các Slave và Master.
Nếu chỉ một AS-I Slave sử dụng chế độ địa chỉ mở rộng đặt tại một địa chỉ, Slave này
được truy cập mỗi lần 5 ms. Nếu hai Slave mở rộng (Slave A và B) phát một địa chỉ,
thì chu kỳ truy cập cực đại là 10ms (Slave B chỉ có thể được nối với các Master mở
rộng).
- Số lượng Slave kết nối:
o Tối đa 31 standard Slaves.
o Tối đa 62 Slaves sử dụng chế độ địa chỉ mở rộng.
Các Slave là các kênh nhập và kênh xuất của hệ thống AS-I. Chúng chỉ tích cực khi
được gọi bởi các Master. Chúng kích các hoạt động hoặc truyền các phản ứng đến các
Master khi có yêu cầu. Mỗi Slave được nhận dạng bằng một địa chỉ riêng của nó (giá
trị từ 1 đến 31). Tối đa 62 Slave sử dụng chế độ địa chỉ mở rộng có thể được kết nối
vào một Master có chế độ mở rộng. Cặp Slave sử dụng chế độ địa chỉ mở rộng sẽ sử
dụng cùng một địa chỉ. Nói cách khác các địa chỉ từ 1 đến 31 có thể được gán cho hai
Slave mở rộng.
Nếu các standard Slaves được nối vào một Master có chế độ mở rộng, thì tối đa chỉ
đến 31 standard Slaves được nối vào Master có chế độ mở rộng
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 84
- Số lượng vào/ra:
o Tối đa 248 ngõ vào và ngõ ra nhị phân với các standard Module.
o Tối đa 248 ngõ vào/186 ngõ ra với các Module sử dụng chế độ địa chỉ
mở rộng.
Mỗi Slave có thể nhận 4 bit dữ liệu và truyền 4 bit dữ liệu. Các Module đặc biệt cho
phép mỗi bit này sẽ được dùng cho một actuator hay sensor nhị phân. Điều này có

nghĩa là có thể kết nối tối đa 248 ngõ vào/ ra ( 124 Input /124 Output ) trên cáp AS-I
với các standard AS-I Slaves. Tất cả các actuator hay sensor tiêu biểu có thể kết nối
với AS-I theo cách này. Các Module được sử dụng như là các ngõ vào/ra phân tán.
Nếu các Modules có chế độ địa chỉ mở rộng được sử dụng, thì tối đa 4 inputs và 3
outputs cho phép ở mỗi Module; nói cách khác là tối đa 248 vào và 186 ra có thể hoạt
động với các Modules sử dụng chế độ địa chỉ mở rộng.

4.1.4 Ứng dụng mạng AS-i:
a. Dây chuyền đóng chai:
Công nghệ đóng chai là một khâu rất quan trọng và phức tạp trong các nhà máy sản
xuất bia, nước ngọt, nước khoáng… Do yêu cầu công nghệ nhà máy, việc lắp đặt dây
chuyền rất phức tạp; rất nhiều băng tải, cảm biến … để giảm đi sự phức tạp, ta có thể
ứng dụng mạng AS-I vào công nghệ này. Khi đó sơ đồ nối dây giữa các thiết bị điều
khiển cũng như các sensor thông minh trở nên rất đơn giản vì việc kết nối này chỉ
dùng cáp AS-I hai dây vừa cung cấp nguồn và truyền dữ liệu giữa các thiết bị mà vẫn
đảm bảo đúng yêu cầu công nghệ.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 85

Hình 4.11: Sử dụng mạng AS-I trong sản xuất bia


Hình 4.12: Sử dụng mạng AS-I trong sản xuất và đóng gói bánh Biscuit

b. Dây chuyền lắp ráp xe hơi:

Dây chuyền lắp ráp xe hơi gồm nhiều công đoạn, hầu hết các công đoạn đều dùng các
robot tự động, trên các robot này ta có thể dùng các Module của AS-I để điều khiển và
các robot này được kết nối chung nhau qua cáp AS-I, khi đó việc kết nối dây điều
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 86
khiển các robot rất đơn giản và truyền về trung tâm điều khiển cũng chỉ bằng cáp AS-I
hai dây.
Ngoài các ứng dụng trên, ta có thể dùng mạng AS-I trong nhiều ứng dụng khác, tuy
nhiên tùy theo yêu cầu công nghệ mà ta có thể lựa chọn việc lắp đặt hệ thống điều
khiển tự động cho phù hợp. Vì ở đây không phải là trong bất kỳ lĩnh vực nào ta cũng
có thể dùng mạng AS-I được do mạng AS-I có những hạn chế riêng.

4.2 CÁC AS-I MASTER:
4.2.1 Giới thiệu:
AS-Interface là hệ thống một Master. AS-I Master tạo ra sự kết nối cho điều khiển của
người dùng hay kết nối với một hệ thống bus trường cấp cao hơn. Nó đóng vai trò
kiểm soát toàn bộ hoạt động giao tiếp trong mạng.
AS-I Master có thể là một máy tính điều khiển như PLC, PC hay IPC hoặc có thể là
một bộ nối bus trường (fieldbus coupler). Trong trường hợp trạm chủ là một bộ nối
bus trường, nó có nhiệm vụ chuyển đổi giao thức giữa một đoạn bus trường (ví dụ
PROFIBUS-DP) với mạng AS-I.
Đối với các hệ thống SIMATIC, các bộ xử lý truyền thông (communications
processors: CPs) điều khiển sự truyền thông ở cấp trường hoặc đóng vai trò là các AS-
I Masters .
Các bộ xử lý truyền thông này gồm có các cổng gateway hoạt động giống như AS-I

Master và cho phép truy cập các cảm biến và cơ cấu chấp hành.

4.2.2 AS-I Master PLC S7-200:
PLC S7-200 được sử dụng làm AS-I Master thông qua các Module mở rộng sau:

a. CP242 - 2 (Standard AS-I Master):
Module CP 242-2 cho phép kết nối hệ thống AS-I vào PLC S7-200. CP 242-2 cung
cấp đầy đủ các chức năng xác định của một standard AS-I Master, theo hình vẽ 4.13

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 87
.
Hình 4.13: Hệ thống AS-I với AS-I Master CP 242-2

- Các thông số kỹ thuật của CP 242-2 :
o Chu kỳ quét: 5 ms cho 31 Slave .
o Thứ tự địa chỉ: 8 Module vào số và 8 Module ra số, 8 Module vào và 8
Module ra analog .
o Nguồn cung cấp: 5 VDC
o Nguồn cung cấp cho cáp : Tùy thuộc vào loại AS-I
o Dòng tiêu thụ tối đa của Master : 200 mA
o Nhiệt độ vận hành : 0 – 60
o
C
o Kích thước : (W – H – D ) 90 x 80 x62

o Trọng lượng: 200 g.
- Trạng thái các đèn báo:
o SF (red) :Lỗi hệ thống .
o APF (red) :Lỗi nguồn cung cấp .
o CER (yellow) :Lỗi cấu hình .
o AUP (green) :Đang làm việc .
o CM (yellow) :Chế độ cấu hình .
o SET Button :Đặt cấu hình chuẩn .
o DISPLAY Button :Xem trạng thái các Slave trong mạng.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 88
- Hình dáng và cách nối cáp AS-I:
Hình dạng và cách ghép nối cáp AS-I vào Module CP 242-2 trình bày trên hình vẽ
4.14




Hình 4.14: Nối cáp AS-I vào CP 242-2

b. CP 243-2 (Extended AS-I Master):
Module CP 243-2 cho phép kết nối AS-I vào PLC S7-200 (CPU 222, CPU 224, ).
CP 243-2 là một Master có đầy đủ các chức năng của một extended AS-I Master .

c. CP 242-8 (Standard AS-I Master):

Module CP 242-8 không chỉ thực hiện chức năng của CP 242-2 mà còn cho phép kết
nối với PROFIBUS DP (DP Slave). Điều này làm giảm giá thành kết nối của S7-200
với PROFIBUS DP tại cùng thời điểm.
Hình vẽ 4.15 minh họa hệ thống AS-I sử dụng Module CP 242-8

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 89

Hình 4.15: Hệ thống AS-I có AS-I Master CP 242-8

4.2.3 AS-I Master PLC S7-300:
PLC S7-300 được sử dụng làm AS-I Master thông qua các Module mở rộng sau:
a. CP 342-2 (Standard AS-I Master):
Module CP 342-2 là standard AS-I Master Module dùng cho các bộ điều khiển S7-300
và Module phân tán ET 200M. CP342-2 chiếm 16 byte inputs và 16 byte outputs trong
vùng analog của bộ điều khiển mà qua đó ta có thể đọc và xuất các dữ liệu các Slave.
- Các thông số kỹ thuật của CP 342-2:
o Chu kỳ quét : 5 ms cho 31 Slave
o Thứ tự địa chỉ : 16 byte vào và 16 byte ra trong vùng analog
o Nguồn cung cấp : 5 VDC
o Nguồn cung cấp cho cáp : Tùy thuộc vào loại AS-I
o Dòng tiêu thụ tối đa của Master : 200 mA
o Nhiệt độ vận hành : 0 – 60
o
C

o Kích thước : (W – H – D ) 40 x 125 x115
o Trọng lượng : 200 g
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 90
- Trạng thái các đèn báo:
o ADR (đỏ) :Lỗi địa chỉ
o RUN (đỏ) :Master hoạt động
o SF (đỏ) :Lỗi hệ thống.
o APF đỏ) :Lỗi nguồn AS-I.
o CER (vàng) :Lỗi cấu hình.
o AUP (xanh) :Chế độ tự động.
o CM (vàng) :Chế độ cấu hình.
Hình vẽ 4.16 minh họa hệ thống AS-I sử dụng Module CP 342-2


Hình 4.16: Hệ thống AS-I với AS-I Master CP 342-2

b. CP 343-2 (Extended AS-I Master):
CP 343-2 là extended AS-I Master Module dùng cho các bộ điều khiển S7-300 và
Module phân tán ET 200 M.
CP 343-2 chiếm 16 byte inputs và 16 byte outputs trong vùng analog của bộ điều khiển
mà qua đó các AS-I standard Slave và AS-I A Slaves có thể được địa chỉ.
Các AS-I B Slaves có một vùng địa chỉ I/O thêm vào mà có thể truy cập bằng cách sử
dụng các hàm hệ thống SFCs. Khi sử dụng một hàm FC có thể xử lý việc gọi Master
Truong DH SPKT TP. HCM

Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 91
từ chương trình điều khiển. FC được cung cấp theo đĩa cùng với sổ tay sử dụng CP
343-2
4.2.4 AS-I Gateways:
Ngay khi sử dụng PROFIBUS DP với các thiết bị ngoại vi phân tán, thì việc sử dụng
AS-Interface có thể có nhiều ưu điểm. Việc nối mạng các thiết bị ngoại vi của quá
trình có thể được mở rộng vượt ra ngoài PROFIBUS đến tận các actuator/sensor.
Các thiết bị sau đây có thể được sử dụng để làm gateway đến PROFIBUS:
- DP/AS-Interface Link 20 (kết nối được thiết kế với cấp bảo vệ IP 20 để giao tiếp
AS-Interface với PROFIBUS DP).
- CP 242-8 (kết nối đồng thời S7-200 với PROFIBUS và AS-Interface)
- CP 142-2 cho ET 200X
- CP 342-2 cho ET 200M
- CP343-2 cho ET 200M (extended Master)
- CP 243-3 cho ET 200U
- S5-95U PLC với giao tiếp PROFIBUS và CP 2433
- S7-300/CPU 315-2DP với CP 342-2 hoặc DP343-2
- DP/AS-Interface Link (kết nối được thiết kế với cấp bảo vệ IP 65 để giao tiếp
AS-Interface với PROFIBUS DP)
Hình vẽ 4.17 minh họa hệ thống AS-I sử dụng gateway DP/AS Interface Link 20.

Hình 4.17: Hệ thống AS-I với DP/AS-Interface Link 20
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 92
4.3 CÁC THÀNH PHẦN CỦA MẠNG AS-I:
Ngoài các AS-I Master được trình bày trong mục 4.2, hệ thống AS-I còn có các thành
phần sau đây:
4.3.1 Cáp AS-I:
Cáp AS-I được thiết kế là loại cáp 2 dây không vỏ bọc, truyền các tín hiệu và nguồn
điện cho các sensor và actuator được kết nối bằng các AS-I Module.
Việc kết nối mạng không bị giới hạn với mỗi loại cáp. Khi cần ta có thể thay đổi cáp 2
dây đơn giản bằng Module thích hợp hoặc các bộ nối T.
Cáp AS-I gồm hai loại :
- Cáp dẫn điện thông thường (cáp tròn): có ưu điểm dể tìm , giá thành thấp.
- Cáp AS-I đặc biệt (cáp dẹt): có ưu điểm là dể lắp đặt.
Đường kính lõi dây là 1,5mm để đáp ứng yêu cầu cung cấp dòng một chiều tối thiểu
2A (24VDC).






Hình 4.18: Các loại cáp AS-I

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4

TRANG – 93
4.3.2 Các Module AS-I:
Trong hệ thống AS-I , các AS-I Modules có thể được xem như các Module vào và ra.
Cùng với các actuator và sensor, chúng tạo thành các AS-I Slave và kết nối các Slave
này vào AS-I Master. Các actuator/sensor được kết nối bằng bộ nối M12. Các chân
theo chuẩn DIN IEC 947 5-2. Các Module này với kích thước xấp xỉ 45x45x80 mm
được sử dụng ngay bên trong thiết bị. Chúng được kết nối với cáp AS-I và có cấp bảo
vệ IP67.
a. Các Module AS-I:
Được phân thành hai loại:
- AS-I Module tích cực (active):
Là Module có chip AS-I tích hợp sẵn. Sử dụng Module này ta có thế kết nối được
tất cả các sensor và actuator thông thường. Do đó các actuator và sensor bình
thường có thể được nối mạng AS-I.
- AS-I Module thụ động (passive):
Các Module này không chứa trong nó các linh kiện điện tử và cho phép kết nối
các AS-I sensor và actuator có tích hợp AS-I chip.
Các Module này được thiết kế sao cho có thể tạo ra một giao tiếp cơ – điện duy nhất
với cáp AS-I. Việc này đạt được bằng cách tạo phần dưới (lower section) giống nhau
của Module, do đó cũng được gọi là Module kết nối (connection Module).
Các phần trên (upper section) của Module được cấu tạo đặc biệt, được gọi là các
Module ứng dụng (application Module). Sự thay đổi các thành phần của Module này
trãi dài từ các vỏ bọc đơn giản dùng để rẽ nhánh cáp AS-I đến các Module ứng dụng
có tích hợp chip AS-I dùng để kết nối với 4 sensor hoặc actuator thông thường.
Hình vẽ sau mô tả một Module dùng để kết nối với mạng AS-I cho các sensor/actuator
không tích hợp chip AS-I.


Hình 4.19: Module kết nối các sensor và actuator không tích hợp AS-I chip

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 94

Hình vẽ bên dưới minh họa một Module AS-I tích cực có 4 kết nối.


Hình 4.20: Một AS-I Module tích cực có 4 kết nối

b. Các sensor/Actuator có tích hợp AS-I chip:
AS-I chip đặc biệt quan trọng trong hệ thống AS-I. Các sensor và actuator có tích hợp
AS-I chip có thể kết nối với mạng AS-I mà không cần Module kết nối tích cực.
Board mạch dành cho AS-I chip có không gian rất nhỏ (2 cm
3
). AS-I chỉ cung cấp cho
4 sensor ngõ ra và ngõ vào dữ liệu cũng như 4 ngõ ra tham số. Với các nhóm tham số
vào này, ta có thể gán các tham số cho các sensor thông minh qua cáp AS-I.

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 95





Hình 4.21: Sensor/actuator có giao tiếp AS-I

Sensor được biểu diễn theo hình vẽ trên sử dụng 3 bit dữ liệu là các ngõ vào, 1 bit dữ
liệu là ngõ ra và 4 bit tham số.
Các sensor có tích hợp AS-I chip được nhiều hãng sản xuất. Sau đây là một ví dụ minh
họa cho một cảm biến thông minh (intelligent sensor).

- Sensor thông minh (sensor điện từ )

Hình 4.22: Sensor thông minh
4 đường dữ liệu D
0

D
3
4 đường tham số P
0
P

3
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 96
Hình vẽ 4.23 trình bày cấu trúc và các vùng hoạt động của sensor thông minh trên.

Hình 4.23: Cấu trúc một sensor thông minh

Vùng 1 : Đối tượng quá gần hay sensor ngắn mạch.
Vùng 2 : Chắc chắn “ON”.
Vùng 3 : Không chắc chắn.
Vùng 4 : Vùng chắc chắn “OFF”.
Vùng 5 : Đứt dây dẫn cuộn dây sensor.
Sn : Khoảng cách đóng mạch định mức.
Sr : Khoảng cách đóng mạch thực.
o Khả năng bus của sensor: Khả năng bus của sensor có thể được thực hiện
với AS-I. Điều này giúp cho việc nối dây được đơn giản hơn, vì ở đây
không cần đến các Module vào/ra trong điều khiển. Các sensor có khả năng
nối bus này được kết nối trực tiếp qua cáp AS-I .
o Các tín hiệu phụ: Một ưu điểm phụ là để bổ sung các tín hiệu đóng mạch
nhị phân, các thông tin phụ để chẩn đoán đứt dây hay nhiễu tín hiệu khi
truyền tải. Hướng dữ liệu được đưa về là các tham số của cảm biến (ví dụ
như độ nhạy, khoảng cách đóng mạch, sự trễ tín hiệu …) trên cùng dây dẫn
VUØNG

1

VUØNG

2
VUØNG

3

VUØNG

4

VUØNG

5

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 97
o Tích hợp thông minh: Các AS-I sensor có khả năng bus đều có một bộ vi
xử lý sao cho nó có khả năng chẩn đoán thông minh. Như vậy các đặc tính
trễ, tuyến tính … có thể được lập trình sẳn trong sensor.

4.3.3 Lắp đặt Module AS-I:
Lắp đặt một AS-I Module trên cáp AS-I thực hiện đơn giản bằng cách sử dụng kỹ
thuật kết nối được mô tả như thí dụ trong hình 4.24.

Hình 4.24: Cách lắp đặt AS-I Module

Việc lắp đặt được thực hiện theo các bước sau:
- Module kết nối được gắn vào thanh chuẩn 35mm. Module kết nối có 4 stopper,
chúng dùng để đóng vào chổ hở cáp không sử dụng (a).
- Đặt cáp AS-I vào ,đưa nó vào đường dẫn trên các lá tiếp xúc và được an toàn về
cơ học.Không có thiết lập tiếp xúc điện.Hai stopper được đặt vào trong chổ để hở
cáp không sử dụng (b).
- Xiết chặt Module ứng dụng vào thanh gá,cáp AS-I được gép chặt vào các thanh
tấm tiếp xúc .Chúng đưa vào các dây dẫn ở hai điểm và bảo đảm kết nối tin
cậy.Sau khi lắp đặt đúng thì Module có kiểu bảo vệ IP 67 (c).

4.3.4 AS-I Repeater/Extender:
a. Phạm vi ứng dụng:
AS-I Repeater/Extender dùng để sử dụng trong môi trường giao tiếp sensor/actuator.
Đây là các thiết bị dùng để mở rộng chiều dài tối đa của một hệ thống AS-I dài 100m.
với một đoạn 100m có sẳn ta có thể được mở rộng thêm tối đa thành 2 đoạn 100m .
(a)

(b)

(c)

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 98
b. Sử dụng repeater:
AS-I repeater được sử dụng khi các Slave buộc phải hoạt động trên tất cả các đoạn
cáp. Cần có một bộ nguồn điện AS-I riêng cho mỗi đoạn AS-I (trước và sau repeater).
Repeater có các đặc tính sau:
- Mở rộng chiều dài cáp đến tối đa 300m.
- Các Slave có thể được sử dụng ở cả 2 bên AS-I.
- Mỗi bên giao tiếp AS-I cần một bộ nguồn AS-I.
- Có cách ly điện áp cho mỗi bên.
- Lắp đặt trong dạng đóng vỏ Module ứng dụng chuẩn.
Hệ thống có sử dụng repeater được minh họa trong hình vẽ sau:


Hình 4.25: Hệ thống có sử dụng Repeater

c. Sử dụng Extender:
AS-I Extender được sử dụng trong các ứng dụng mà AS-I Master được lắp đặt ở vị trí
cách xa hơn chổ lắp đặt thực tế của AS-I.
- Các AS-I Master có khoảng cách xa đoạn AS-I 100m.
- Các Slave chỉ có thể được sử dụng một bên (không có Master).
- Nguồn điện AS-I chỉ cần cho bên các Slave.

- Không có sự cách ly điện giữa 2 cáp .
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 4


TRANG – 99
- Chỉ thị điện áp đúng.
- Được lắp đặt trong dạng đóng vỏ Module ứng dụng chuẩn. Extender được gắn
trên Module kết nối FK-E.
Hệ thống có sử dụng extender được minh họa trong hình vẽ sau:

Hình 4.26: Hệ thống có sử dụng Extender

4.3.5 Bộ định địa chỉ:
Hình 4.27: Bộ định địa chỉ

Mỗi Slave trên AS_I cần có một địa chỉ. Địa chỉ này được lưu trên Slave. Ta có thể
định địa chỉ một Slave bằng bộ định địa chỉ như hình vẽ 4.27
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM