Đồ án THIẾT kế hệ THỐNG MẠNG TRUYỂN THÔNG CHO NHÀ máy XI MĂNG

ĐH GTVT TP HCM-TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP- TĐ05
ĐỒ ÁN MẠNG TRUYỀN THÔNG
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG TRUYỂN THÔNG
CHO NHÀ MÁY XI MĂNG - GIẢI PHÁP
CỦA
HÃNG SIEMEN.
GVHD: Trần Hoàng Dũng
Nhóm thực hiện:
Châu Vĩnh Phú
Phan Văn Thi
Trịnh Văn
Thắng

Bùi
Thanh Nhẹ
2009
S Ố 2 , Đ 3 , V Ă N T H Á N H B Ắ C , B Ì N H T H Ạ N H , H Ồ C H Í M I N H
Phục lục:
1. Nội dung đề tài và yêu cầu
2. Tìm hiểu giải pháp mạng truyền thông của hãng Siemen
và giải pháp chọn lựa.
3. Thống kê các thiết bị phù hợp với hệ thống
4. Tính năng hỗ trợ cần chú ý của các thiết bị
5. Vẽ cấu hình giải pháp của hệ thống
6. Phân tích những ưu nhược điểm của giải pháp đã lựa chọn
7. Tài liệu hổ trợ
1.

N

ộ

i

dung

đề

tài

và yêu c ầ u:
N ộ i dung

đề

tài:

Nhà máy gồm 2 line sản xuất, mỗi line sản xuất gồm một trạm chủ và 5 trạm tớ
Trạm tớ 1 : điều khiển các thiết bị đóng cắt hệ thống điện , các motor băng chuyền

tải liệu, máy nghiền, quạt gió, hút bụi….
Trạm tớ 2 : điều khiển một hệ thống cân động. Hệ thống này có tác dụng điều

khiển khối lượng liệu đầu vào đúng với công suất cài đặt.Liệu vào là xỉ
Trạm tớ 3 : tương tự như trạm tớ 2 nhưng liệu vào là clinke.

Trạm tớ 4 : tương tự như trạm tớ 3 nhưng liệu vào là đá vôi

Trạm tớ 5 : tương tự như trạm tớ 4 nhưng liệu vào là salat.

Hệ thống điều khiển cân động cho trạm 2,3,4,5 gồm :

- Một biến tần để điều khiển motor
- Một motor của băng tải cân
- Một encoder để đưa về tốc độ băng tải
- Một loadcell để cân khối lượng liệu trên băng tải

Hệ
thống trạm tớ 1 giả sử bao gồm :
- 25 motor liên quan đến quá trình nghiền, tải liệu, quạt gió, hút bụi, cán

liệu… ( không có biến tần)
- Hệ thống đèn cảnh báo và alarm có 100 input digital, 64 output digital
- Hệ thống sensor analog ( 4-20mA) gồm 40 cảm biến ( nhiệt độ, áp suất, độ

ồn
….)
- Hệ thống sensor giám sát tốc độ máy nghiền ( xung tốc độ cao ) ( 4 sensor)
Yêu c ầ u :
Đưa ra giải pháp thiết kế hệ thống, từ điều khiển giám sát đến các trạm.
Công việc bao gồm :
+ Tìm hiểu giải pháp mạng truyền thông
+ Thống kê các thiết bị phù hợp với hệ thống mạng mình đưa ra
+ Tính năng hỗ trợ cần chú ý của các thiết bị đó
+ Vẽ cấu hình giải pháp của hệ thống:
+ Phân tích những ưu điểm nhược điểm của giải pháp đã chọn lựa
2.

Tìm

hi ể u gi ả i pháp m ạ ng

truy ề n

thông c

ủ

a

hãng



Siemen và

gi ả i pháp ch ọ n l ự a.
Giải pháp mạng truyển thông của hãng Siemen:
Siemen đưa ra khá đầy đủ các giải pháp cho mạng truyển thông cho các lĩnh
vực tự động hóa, đây là một mô hình thể hiện giải pháp của hãng:
Mô tả giải pháp mạng truyền thông của hãng Siemen :

Các cấp hệt thống mạng và phương pháp truyền
thông:
Cấp quản lý( Management leave): truyển thông theo chuẩn Enthernet
Cấp giám sát (Operations leave) : truyền thông theo chuẩn Industrial Ethernet
Cấp điều khiển (Control leave) : chuẩn Profi Net
Cấp chấp hành (Field leave): chuẩn Profibus DP, Profibus PA, AS-interface, Hart
Nhìn chung hãng Siemen đưa ra rất đầy đủ, và tích hợp rất nhiều các sản phẩm để

hỗ trợ cho nhu cầu của khách hàng từ các thiết bị cấp quản lý đến cấp trường, phần
mềm và phần cứng.

Gi ả i pháp ch ọ n l ự a:
Dựa trên các giải pháp mà hãng đã đưa ra, ta chọn một giải pháp để xây

dựng giải pháp mạng truyền thông cho nhà máy xi măng:
Cấp chấp hành: Truyền thông theo chuẩn ProfiBus DP và As-interface
+ Các thiết bị : Motor, đèn cảnh báo, Alarm, Sensors, biến tần, encoder, loadcell
Cấp điều khiển : Truyền thông theo chuẩn Profi-bus DP
+ Các thiết bị: Plc S7, và các modul truyền thông.

Cấp giám sát: Truyển thông theo chuẩn Profi-bus DP
+Các thiết bị : Máy tính giám sát, và modul truyền thông, phần mềm: WinCC,

SIMATIC Manager
3.

Th ố ng kê

các thi ế t

b

ị

phù

h ợ p

v ớ i h ệ th ố ng
3.1 2 máy tính giám sát 2 line:
Vì yêu cầu trong nhà máy đòi hỏi các máy tính công nghiệp phải có

độ an toàn cao nên không thể dùng các máy tính thông thường. Siemen
có đưa ra các máy tính PG/PC khác nhau, dưới đây là một ví dụ. Thông
tin của máy được thể hiện rõ trong tài liệu đi kèm của nhà sản xuất.
Ngoài ra máy tính để thực hiện giám sát được cần cài đặt phần mềm
WinCC.
Dưới đây là một thông tin nhỏ về giao thức truyền dẫn Profi-bus DP để hỗ trợ cho
việc chọn lựa giải pháp mạng.
Ngoài ra còn một số thông tin khác có trong tài liệu đi kèm.
3.2 2 con Simantic S7-400 H, CPU 417-4H:
Dòng S7-400 là một dòng CPU cao cấp, thực hiện được một lượng lớn những

công việc , và khả năng quản lý rất lớn các cổng I/O. Trong bài, nhóm chọn con CPU-
417-4H vì dòng này cho phép thực hiện được chức năng Redundacy, đảm bảo khi

một CPU gặp sự cố thì có CPU khác thay thế.
Ngoài ra để thực hiện được khả năng giao tiếp giữa hai line sản xuât riêng nhau ta có
thể dùng giao tiếp S7-Comunication được hỗ trợ trong dòng này.
Vì thế ta cần gắn thêm trên S7-400, hai card mạng, được thể hiện trong phần cấu
hình.
Trong mỗi rack ta còn gắn thêm một bộ nguồn có khả năng Redundancy.
Có tài liệu đi kèm.
Bên dưới là thông tin cấu hình:
3.3 2 con IM 135-2: là một loại module có khả năng hỗ trợ redundancy

trong trạm S7-400
Hình bên dưới là cấu hình cho trạm:
3.4 10 con Simatic S7-200, CPU 215:
Hình bên dưới là cấu hình 5 con S7-200 CPU215 vào đường truyền
Profi-bus:
3.5 Các trạm as-i:

(Tài liệu đi kèm: AS-Interface_Systemhandbuch_System-
Manual_2008-11_en_A5E01216655-02_3RK2703-3BB02-
1AA1.pdf)
A . Master
Hình bên dưới mô tả một con CP243-2 Master Module, module
này được cài vào S7-200.
Tính toán số lượng I/O và ta lựa chọn được các module tương ứng để có
thể đáp ứng yêu cầu đề bài.
Hình bên dưới hướng dẫn cách cài đặt module As-i vào S7-200 thông
qua chức năng As-I Wizard. ( Thế nhưng yêu cầu phải có S7-200 thật và
module thật được nối vào máy tính có phần mền STEP 7- Micro/WIN)
Vì không có module nên cũng không thể cấu hình được
B . slave trong mạng AS-i.
B1. Module vào ra số:
F90 module . để đảm bảo có 100 ngõ vào và 64 ngõ ra
số ta dùng 16 module loại này trong loại 16 input ,2 bộ

loại 4DI/DO 14 bộ, mã số của hai loại này là (3RG9002-

0DE00-16input, 3RG9002-0DA00-4DI/DO).
B2. Module vào analog:
K60 analog module, mã số sản phẩm ta dùng là 3RK1207-1BQ44-
0AA3- loại này có 4 ngõ vào analog, tín hiệu dòng, hình minh họa bên
dưới.
B 3. Bộ khởi động cho động cơ:
Đây là bộ Ecofast motor starter dùng trong mạng AS-i cấp độ bảo vệ IP65
dùng cho loại động cơ 3 pha xoay chiều,

công suất của động cơ mà ecofast hỗ trợ

lên tới 5,5 Kw. Hình bên cạnh là ví dụ

về cấu hình cho 2 động cơ trong mạng.

như vậy theo yêu cầu của bài thì ta chọn

25 bộ này , mã sản phẩn cụ thể ta chọn

là 3RK1323-2AS54-1AA3- là loại 0.3A-
9A(4kw), loại này có cảm biến nhiệt
bảo vệ quá tải .
3.6 4 Bộ đọc xung tốc độ cao:
Trong trạm này cần có thiết bị đọc xung tốc độ cao của 4 sensor vì

vậy mạng AS-i không đáp ứng được do đó ta gắn module vào mạng dp
master và xung tốc độ cao được đưa về module đó . hình dưới thể hiện
cách

cài đặt
của
module trong mạng.
3.7 Biến tần:
Việc chọn lựa biến tần còn tùy thuộc vào công suất của động cơ, và chế
độ làm việc của động cơ.
Ở đây vì không có công suất cụ thế nên nhóm chọn một loại biến tần khá
mạnh:
Ta dùng biến tần loại

micromaster 440(MM440)

trong các trạm cân động. là

dòng biến tần mạnh mẽ nhất
trong các dòng tiêu chuẩn.

hình bên thể hiện các loại
biến tần khác nhau thuộc dòng MM440.
1 Nguyên tắc hoạt động của biến tần:
Bộ chỉnh lưu biến điện xoay chièu thành điện một chiều, bộ nghịch
lưu có điều khiển biến điện một chiều thành xoay chiều với tần số khác

nhau.
2 Một số thông số kỹ thuật:
điện áp vào công suất
200V đến 240V 1 AC ± 10% 0.12

3kW
200V đến 240V 3 AC ± 10% 0.12

45kW
380V đến 480V 3 AC ± 10% 0.37

75kW
200V đến 240V 1 AC ± 10% 0.75

75kW
tần số vào 47 đến 63hz
tần số ra 0 đến 650hz
hệ số công suất 0.7
Dòng khởi động thấp hơn dòng dịnh mức

khả năng quá tải Quá dòng 1,5Iđịnh mức trong 60 giây
Quá dòng 2I
dịnh mức
trong 3 giây
tần số điều chế xung 2 khz đến 16khz
3 Kết nối với plc:
Kết nối qua cổng rs485, cổng com. Và dùng giao thức Uss
3.8 Load cell:
Hình bên thể hiện cấu tạo của cảm biến
khối lượng ta dùng cho các băng tải. tên
sản phẩm:
Compuscale III. Có ngõ ra từ 4-20mA, tần
số đáp ứng 3khz, các tính năng khác.
Module nhận tín hiệu từ load cell:
Siwarex ms đọc tín hiệu từ cân, sau đó gửi tín
hiệu dưới dạng số nguyên về plc xử lý. Siwarex
ms thể hiện được khối lượng qua màn hình
hiển thị, nó hoạt động nhờ phần mềm nạp vào
nó từ máy tính.
Hình bên dưới thể hiện việc đọc khối lượng:
3.9 Encoder:
A. Encoder được dùng trong các trạm cân động để

theo dõi bang tải ta dùng loại encoder tương đối

vì băng tải chạy với tốc độ không cao do vậy ta

chọn encoder của hãng rotalpuls có số xung trên 1
vòng là 360.
Các đầu dây ra:

B. Module hổ trợ chuyển đổi tín hiệu từ encoder về PLC xử lý: T1505 High
Speed Counter Encoder Module
Đèn led chỉ thị kết nối dây:
Hình thể hiện các kết nối encoder vào module:
3.10 ng c:
Tu theo nhu cu s dng m ta chn loi ng c cú cụng sut phự hp.
4.Tớnh nng h tr cn chỳ ý ca cỏc thit b:
S7-400 H, CPU 417-4H cú kh nng Redundancy.
Bin tn: Trong mc la chn thit b ta chn dũng bin tn micromaster
440(MM440) õy l dũng cú h tr giao thc USS protocol
Di õy l mt s thụng tin khi dựng giao thc ny:
Điều kiện để sử dụng giao thức USS:
Th viện lệnh STEP7 Micro/Win cung cấp 14 thủ tục con 3 thủ tục ngắt và 8
lệnh đợc tích hợp trong giao thức USS. Các lệnh USS sử dụng phơng thức sau
trong S7 200.
Giao thức USS đợc thiết lập trên Port 0 cho giao tiếp USS.
Lệnh USS_INIT cho phép lựa chọn giao tiếp kiểu USS hoặc PPI trên port 0.
Sau khi lựa chọn giao thức USS để giao tiếp với biến tần nói riêng ta không
thể sử dụng port 0 cho bất kỳ mục đích nào khác, kể cả giao tiếp với phần
mềm STEP7 Micro/Win.
Các lệnh USS đợc tạo ra chiếm khoảng 3600 byte. Tuỳ thuộc vào các lệnh
mà ta sử dụng, phải dành riêng cho giao thức USS một vùng nhớ V khoảng
400 byte.
Các lệnh USS không đợc dùng trong thủ tục ngắt.
Trình tự lập trình sử dụng các lệnh USS nh sau:
Đặt lệnh USS_INIT trong chơng trình. Lệnh USS_INIT chỉ nên đợc gọi
trong một chu kỳ quét để thiết lập hay thay đổi các thông số giao tiếp của
giao thức USS.
Đặt chỉ một lệnh DRV_CTRL cho mỗi một biến tần tích cực trong chơng
trình. Có thể thêm vào nhiều lệnh USS_RPM_x và USS_WPM_x nếu cần

thiết, nhng chỉ một biến tần đợc tích cực tại một thời điểm.
Thiết lập các thông số biến tần để phù hợp với tốc độ baud và địa chỉ của
biến tần đợc dùng trong chơng trình.
Nối cáp giao tiếp giữa CPU và các biến tần.
Thời gian cần thiết để giao tiếp:
Giao tiếp với các thiết bị có vòng quét không cùng với S7 200. S7 200
thực hiện đợc vài vòng quét thì thiết bị giao tiếp mới hoàn thành. Thời gian cần
thiết để giao tiếp phụ thuộc vào số thiết bị giao tiếp, tốc độ baud và thời gian quét
của S7 200
Sử dụng các lệnh USS Protocol: