báo cáo thực tập tốt nghiệp ngành kỹ thuật điệnđiện tử

Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
***
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Đề tài: Điều khiển điều khiển nồng độ CO2 trong tầng hầm
(hệ điều khiển kín dùng PID)

Giáo viên hướng dẫn : DƯƠNG ANH TUẤN
Sinh viên thực hiện : HÀ THỊ TUYẾT NHUNG
Lớp : CĐ ĐIỆN 2- K13
1
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
1
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
MỤC LỤC
NHẬN XÉT NƠI THỰC TẬP
LỜI NÓI ĐẦU
PHẦN I: GIỚI THIỆU CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHỆ AN VIÊN
PHẦN II: NỘI DUNG THỰC TẬP
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG PLC 300
1.1. Một số mạng truyền thông trong công nghiệp dùng cho S7-300
1.1.1. Modbus
1.1.2. Mạng Ethernet công nghiệp
1.1.3. Mạng AS-i
1.2 . Giới thiệu mạng PROFIBUS

1.2.1. Đặc Tính Cơ Bản
1.2.2. Cấu Hình Hệ Thống Và Dạng Thiết Bị
1.2.3. Cấu trúc mạng (TOPOLOGY)
1.2.4. Truy nhập BUS
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH KẾT NỐI PLC ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN
2.1. Tổng quan về biến tần Micromaster 420 và cách thức giao tiếp với
PLC qua PROFIBUS
2.1.1. Tổng quan về biến tần Micromaster 420
CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH KẾT NỐI PLC ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN VÀ
ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO2 TRONG ĐƯỜNG HẦM
3.1. Hệ thống xác định và điều khiển khí Carbon Monoxide (CO)
3.2. Carbon Monoxide và ảnh hưởng của nó
3.3.2 Công nghệ cảm biến
2
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
2
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
3.4.4 Lựa chọn hệ thống cảm biến và điều khiển
3.3. Hệ thống phát hiện và điều khiển
3.3.1 Những yêu cầu hệ thống thông gió
3.3.3 Vị trí của những Sensor và bộ điều khiển
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
3
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
3
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ

NHẬN XÉT NƠI THỰC TẬP
4
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
4
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
LỜI NÓI ĐẦU
Trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại đất nước lĩnh vực khoa học kỹ thuật
đóng vai trò hết sức quan trọng. Trong đó lĩnh vực Điện -Điện Tử đã góp phần rất
đáng kể từ những thiết bị dân dụng đến các dây chuyền công nghệ tự động hóa
nhằm nâng cao năng suất giảm bớt lao động chân tay, vốn đã lạc hậu khi đất nước
ta đã là thành viên của tổ chức thương mại thế giới.
Lĩnh vực tự động hóa đã đi vào hầu hết các nhà máy xí nghiệp thay thế dần
những cổ máy móc lạc hậu, thay thế con người làm việc trong những lĩnh vực nguy
hiểm. Đặc biệt hơn nữa với sự phát triển của công nghệ thông tin đã mang đến
nhiều lợi ích to lớn và thiết thực hơn. Kết hợp với tự động hóa giúp con người điều
khiển và giám sát được các quá trình công nghệ tham gia trực tiếp điều khiển đối
tượng không những trong phạm vi thu nhỏ mà trên cả diện rộng. Góp phần làm
giảm chi phí sản suất, quản lý sản xuất dễ dàng, theo dõi quá trình đơn giản, nâng
cao năng suất lao động, hiệu quả sản xuất .
Với những ứng dụng thiết thực như vậy nên em đã chọn đề tài “Nghiên cứu và
ứng dụng PLC S7-300 kết hợp với biến tần siemen điều khiển điều khiển nồng độ
CO2 trong đường hầm (hệ điều khiển kín dùng PID)”. Đề tài này là cơ hội áp dụng
những kiến thức cơ sở từ trong nhà trường vào mô hình thực tế thu nhỏ.
5
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
5
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2

TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
PHẦN I
GIỚI THIỆU CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHỆ AN
VIÊN
Công ty Cổ phần công nghệ AN VIÊN được xây dựng và thành lập ngày 18
tháng 06 năm 2010.
Giám đốc: Ông Nguyễn Duy Tuấn
Địa chỉ: Số 36 – Đường vào Ga Hà Đông – Phường Phú La – Quận Hà Đông
– Hà Nội.
Ngành nghề thực hiện: Tư vấn, thiết kế các hệ thống điều khiển tự động các
công trình xây lặp điện và thực hiện chuyển giao kỹ thuật.
Một số công trình đã thực hiện:
+ Hệ thống điều khiển tự động, công trình cung cấp nước Thị trấn Lập Thạch –
Huyện Lập Thạch – Vĩnh Phúc.
+ Tư vấn và giám sát trong quá trình thi công trạm biến áp Bệnh viện 103 – Hà
Đông – Hà Nội
+ Hệ thống đo lường nồng độ khí Gas và điều khiển tự động tầng hầm tòa tháp
HH
2
– Bắc Hà – Đường Tố Hữu.
+ Lắp đặt và thi công hệ thống thang máy khách sạn Vân Nam – Ngã Tư Sở -
Đống Đa – Hà Nội.
+ Thi công và lắp đặt công trình điện nhà máy nước Thị trấn Vĩnh Tường –
Huyện Vĩnh Tường – Vĩnh Phúc. . . vv
6
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
6
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ

PHẦN II
NỘI DUNG THỰC TẬP
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG PLC 300
1.1. Một số mạng truyền thông trong công nghiệp dùng cho S7-300
1.1.1. Modbus
Modbus là giao thức do hãng Modicon phát triển. Theo mô 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 RS-
232.
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 mô tả quá trình giao tiếp giữa một bộ
điều khiển với các thiết bị khác thông qua cơ chế yêu cầu/đáp ứng. Vì lý do đơn
giản nên Modbus có ảnh hưởng tương đối mạnh đối với các hệ PLC của các nhà
sản xuất. Cụ thể , trong mỗi PLC người ta cũng có thể tìm thấy một tập hợp con các
dịch vụ đã được đưa ra trong Modbus. Đặc biệt trong các hệ thống thu thập dữ liệu
và điều khiển giám sát, Modbus hay được sử dụng trên các đường truyền RS-232
ghép nối giữa các thiết bị dữ liệu đầu cuối (PLC, PC, ) với thiết bị truyền dữ liệu
(Modem).
Cơ chế giao tiếp
Cơ chế giao tiếp ở Modbus phụ thuộc vào hệ thống truyền thông cấp thấp. Cụ
thể, có thể phân chia ra hai loại mạng là Modbus chuẩn và Modbus trên các mạng
7
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
7
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ

khác (ví dụ TCP/IP, Modbus Plus, MAP)
a.Mạng Modbus chuẩn
Các cổng Modbus chuẩn trên các bộ điều khiển của Modicon cũng như một số nhà
sản xuất khác sử dụng giao diện nối tiếp RS-232. Các bộ điều khiển có thể được
nối mạng trực tiếp hoặc qua modem. Các trạm Modbus giao tiếp với nhau qua cơ
chế chủ/ tớ (Master/Slave), trong đó chỉ một thiết bị có thể chủ động gửi yêu cầu,
còn lại các thiết bị tớ sẽ đáp ứng bằng dữ liệu trả lại hoặc thực hiện một hành động
nhất định theo như yêu cầu. Các thiết bị chủ thông thường là các máy tính điều
khiển trung tâm và các thiết bị lập trình, trong khi các thiết bị tớ có thể là PLC hoặc
các bộ điều khiển số chuyên dụng khác. Một trạm chủ có thể gửi thông báo yêu cầu
tới riêng một trạm tớ nhất định hoặc gửi thông báo đồng loạt tới tất cả các trạm tớ.
Chỉ trong trường hợp nhận được yêu cầu riêng, các trạm tớ mới gửi thông báo đáp
ứng trả lại trạm chủ. Trong một thông báo yêu cầu có chứa địa chỉ trạm nhận, mã
hàm dịch vụ bên nhận cần thực hiện, dữ liệu đi kèm và thông tin kiểm lỗi.
b. Modbus trên các mạng khác
Với một số mạng như Modbus Plus và MAP sử dụng Modbus là giao thức cho
lớp ứng dụng, các thiết bị có thể giao tiếp theo cơ chế riêng của mạng đó, mỗi bộ
điều khiển có thể đóng vai trò là chủ hoặc tớ trong các lần giao dịch khác nhau.
Nhìn nhận ở mức giao tiếp thông báo, giao thức Modbus vẫn tuân theo nguyên tắc
chủ/ tớ mặc dù phương pháp giao tiếp mạng cấp thấp có thể là tay đôi. Khi một bộ
điều khiển gửi một yêu cầu thông báo thì nó đóng vai trò là chủ và chờ đợi đáp ứng
từ thiết bị tớ. Ngược lại, một bộ điều khiển sẽ đóng vai trò là tớ nếu nó nhận thông
báo yêu cầu từ một trạm khác và phải gửi trả lại đáp ứng.
c. Chu trình yêu cầu đáp ứng
Giao thức Modbus định nghĩa khuôn dạng của thông báo yêu cầu cũng như
của thông báo đáp ứng, như minh họa trên hình vẽ.
8
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
8
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO

2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
Một thông báo yêu cầu gồm các phần sau :
- Địa chỉ trạm nhận yêu cầu (0-247), trong đó 0 là địa chỉ gửi đồng loạt.
- Mã hàm gọi chỉ thị hành động trạm tớ cần thực hiện theo yêu cầu. Ví dụ, mã hàm
03 yêu cầu trạm tớ đọc nội dung các thanh ghi lưu giữ và trả lại kết quả.
- Dữ liệu chứa các thông tin bổ sung mà trạm tớ cần cho việc thực hiện hàm được
gọi. Trong trường hợp đọc thanh ghi, dữ liệu này chỉ rõ thanh ghi đầu tiên và số
lượng các thanh ghi cần đọc.
- Thông tin kiểm lỗi giúp trạm tớ kiểm tra nội dung thông báo nhận được. Thông
báo đáp ứng cũng bao gồm các thành phần giống như thông báo yêu cầu. Địa chỉ ở
đây là địa chỉ của chính trạm tớ đã thực hiện yêu cầu và gửi lại đáp ứng. Trong
trường hợp bình thường, mã hàm được giữ nguyên như trong thông báo yêu cầu và
dữ liệu chứa kết quả thực hiện hành động, ví dụ nội dung hoặc trạng thái các thanh
ghi. Nếu xảy ra lỗi, mã hàm quay lại được sửa để chỉ thị đáp ứng là một thông báo
lỗi, còn dữ liệu mô tả chi tiết lỗi đã xảy ra. Phần kiểm lỗi giúp trạm chủ xác định
độ chính xác của nội dung thông báo nhận được.
Chế độ truyền
Khi các thiết bị trong một mạng Modbus chuẩn giao tiếp với chế độ ASCII,
mỗi byte trong thông báo được gửi thành hai ký tự ASCII 7 bit, trong đó mỗi ký tự
biểu diễn một chữ số Hex. Ưu điểm của chế độ truyền này là nó cho phép một
khoảng thời gian trống tối đa một giây giữa hai ký tự mà không gây ra lỗi. Cấu
trúc một ký tự khung gửi đi được thể hiện như sau :
Mỗi ký tự khung bao gồm :
- 1 bit khởi đầu (Start bit)
- 7 bit biểu diễn một chữ số hex của byte cần gửi dưới dạng kí tự ASCII
(0-9 và A-F), trong đó bit thấp nhất được gửi đi trước.
- 1 bit parity chẵn/lẻ, nếu sử dụng parity
- 1 bit kết thúc (Stop bit) nếu sử dụng parity hoặc 2 bit kết thúc nếu không
sử dụng parity.

- Chế độ RTU
Khi các thiết bị trong một mạng Modbus chuẩn được đặt chế độ RTU (Remote
9
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
9
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
Terminal Unit), mỗi byte trong thông báo được gửi thành một ký tự 8 bit. Ưu điểm
chính của chế độ truyền này so với chế độ ASCII là hiệu suất cao hơn. Tuy nhiên,
mỗi thông báo phải được truyền thành một dòng liên tục. Cấu trúc một kí tự khung
gửi đi được thể hiện như sau
Mỗi ký tự khung bao gồm :
- 1 bit khởi đầu (Start bit)
- 8 bit của byte thông báo cần gửi, trong đó bit thấp nhất được gửi đi trước
- 1 bit parity chẵn /lẻ, nếu sử dụng parity
- 1 bit kết thúc (Stop bit) nếu sử dụng parity hoặc 2 bit kết thúc nếu không
sử dụng parity
1.1.2 Mạng 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 thông giữa máy tính và các hệ
thống tự động hoá. Nó phục vụ cho việc trao đổi một lượng thông tin lớn, truyền
thông trên một phạm vi rộng. Các bộ xử lý truyền thông dùng trong mạng luôn
kiểm tra xem đường dẫn có bị chiếm dụng không. Nếu không thì một trạm nào đó
trong mạng có thể gửi điện tín đi, khi xảy ra xung đột trên mạng vì có hai trạm gửi
thì ngừng ngay lại và quá trình gửi điện tín được thực hiện lại sau một thời gian
nhất định, thời gian này được xác định theo luật toán học ngẫu nhiên.
Mạng Ethernet công nghiệp có những tính chất đặc trưng sau:
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 công nghiệp đều bình đẳng với nhau.
Theo tiêu chuẩn truyền thông ISO và TCP thì các trạm không phải của
SIEMENS cũng có khả năng tích hợp vào mạng, nói một cách khác Ethernet công
10
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
10
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
nghiệp là mạng truyền thông mở
Các thông số của mạng Ethernet công nghiệp:
Cổng truyền thông : IEEE 802.3
- Số lượng trạm : Max 1024 trạm
- Phương pháp thâm nhập đường dẫn : CSMA /CD (Carrier Sense Multiple Access
with Collision Detection)
Môi trường truyền thông :
Dây dẫn:
- Cáp đồng trục
- Cáp đôi dây xoắn
- Cáp quang : Cáp thuỷ tinh hoặc chất dẻo
- Kiểu nối : Đường thẳng, cây, hình sao và vòng tròn
- Dịch vụ truyền thông : S7-FunctionISO-TransportISO-on-TCP
Hình 1.1. Mô hình mạng ETHERNET
11
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
11
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2

TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
1.1.3 Mạng AS-i
AS-i (Actuator Sensor Interface) giao diện cảm biến cơ cấu chấp hành, mạng
chỉ có một chủ duy nhất. Phương pháp thâm nhập đường dẫn là phương pháp
Master – Slave, một phương pháp hoàn toàn tối ưu cho những mạng chỉ có duy
nhất một thiết bị là chủ. AS-i sẽ có cấu trúc thật là đơn giản nếu như các cơ cấu
chấp hành và các cảm biến đều là các thiết bị kiểu số (Digital Input/Digital Output
– DI/DO), khi thiết bị kiểu analog phải sử dụng các bộ chuyển đổi tín hiệu chuẩn
của SIEMENS. Trong mạng chỉ có trạm chủ có quyền điều khiển quá trình trao đổi
thông tin. Trạm chủ (Master) gọi tuần tự từng trạm tớ (Slave) tới một và đòi hỏi
các trạm này gửi dữ liệu lên trên trạm chủ hoặc nhận dữ liệu từ trạm chủ.
Những tính chất đặc trưng của AS-i:
- AS-i là mạng tối ưu cho các thiết bị chấp hành và cảm biến số. Quá trình trao đổi
dữ liệu được thực hiện thông qua đường dẫn từ cơ cấu chấp hành/cảm biến với
trạm chủ, đường dẫn này đồng thời là đường cung cấp nguồn cho các cảm biến.
- AS-i có thể ghép nối với các cơ cấu chấp hành có kích thước 1 bit đến 8 bit theo
tiêu chuẩn IP 65 và liên kết trực tiếp với quá trình. - Hoạt động của AS-i không cần
thiết lập cấu hình trước.
Các thông số kỹ thuật của AS-i:
- Chuẩn : AS-i theo chuẩn IEC TG 178 Số lượng trạm cho phép: 1 Master và max
31 Slave
- Phương pháp thâm nhập đường dẫn : Master – Slave
- Tốc độ truyền: 167 Kbit/s
- Môi trường truyền thông: Dây dẫn thẳng không bọc
- Khoảng cách giữa các thiết bị trong mạng : 300 m với Repeater
- Kiểu nối : Đường thẳng, cây, sao
- Dịch vụ truyền thông : AS-i Function
12
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
12

Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
Hình 1.2. Mạng AS-I
1.2 Giới thiệu mạng PROFIBUS
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.
Mạng PROFIBUS được cung cấp theo ba chủng loại tương thích nhau.
- PROFIBUS – DP (Distributed Peripheral) phục vụ cho việc trao đổi thông tin nhỏ
nhưng đòi hỏi tốc độ truyền nhanh. PROFIBUS – DP được xây dựng tối ưu cho
việc kết nối các thiết bị trường với máy tính điều khiển. PROFIBUS – DP phát
triển nhằm đáp ứng yêu cầu cao về tính năng thời gian trong trao đổi dữ liệu, giữa
cấp điều khiển cũng như các bộ PLC hoặc các máy tính công nghiệp với các ngoại
vi phân tán ở cấp trường như các thiết bị đo, truyền động và van. Việc trao đổi chủ
yếu được thực hiện tuần hoàn theo cơ chế Master/Slave. Với số trạm tối đa trong
một mạng là 126, PROFIBUS – DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ
(Mono Master) hoặc nhiều trạm chủ (Multi Master). Một đặc trưng nữa của
PROFIBUS – DP là tốc độ truyền cao, có thể lên tới 12 Mbit/s
13
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
13
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
- PROFIBUS – FMS (Fieldbus Message Specification) trao đổi lượng thông tin
trung bình giữa các thành viên bình đẳng với nhau trong mạng. PROFIBUS –

FMS được dùng chủ yếu cho việc nối mạng các máy tính điều khiển và giám sát.
Mạng này chỉ thực hiện ở các lớp 1, 2, 7 theo mô hình quy chiếu OSI. Do đặc điểm
của các ứng dụng trên cấp điều khiển và điều khiển giám sát, dữ liệu chủ yếu được
trao đổi với tính chất không định kỳ.
- PROFIBUS – PA (Process Automation) được thiết kế riêng cho những khu vực
nguy hiểm. PROFIBUS – PA là sự mở rộng của PROFIBUS – DP về phương pháp
truyền dẫn an toàn trong môi trường dễ cháy nổ theo chuẩn IEC 61158-2.
PROFIBUS – PA là loại bus trường thích hợp cho các hệ thống điều khiển phân
tán trong các ngành công nghiệp hoá chất và hoá dầu. Thiết bị chuyển đổi (DP/PA-
Link) được sử dụng để tích hợp đường mạng PA với mạng PROFIBUS DP. Điều
này đảm bảo cho toàn bộ thông tin có thể được truyền liên tục trên hệ thống mạng
PROFIBUS bao gồm cả DP và PA
Hình 1.3. Mạng Profibus
ProfiBus là một chuẩn truyền thông trong công nghiệp được sử dụng rất rộng
rãi, có hai loại thiết bị thường gặp trong mạng truyền thông ProfiBus được phân
14
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
14
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
biệt là thiết bị chủ (Master) và thiết bị tớ (Slave).
- Thiết bị chủ (Master) có khả năng kiểm soát truyền thông trên Bus, một trạm chủ
có thể gửi thông tin khi nó giữ quyền truy nhập Bus. Trạm chủ còn được gọi là trạm
tích cực.
- Thiết bị tớ (Slave) là các thiết bị trường vào ra phân tán, cảm biến và cơ cấu chấp
hành. Chúng không được quyền truy nhập Bus mà chỉ được phép xác nhận hoặc
trả lời thông tin nhận được từ trạm chủ khi được yêu cầu. Một trạm tớ còn được
gọi là trạm thụ động.
Một trạm tớ thực hiện ít dịch vụ hơn, tức là xử lý giao thức đơn giản hơn so

với trạm chủ.
1.2.1 Đặc Tính Cơ Bản
Truyền dữ liệu tốc độ cao không phải là điều kiện đủ cho sử dụng thành công
một hệ thống Bus. Để thỏa mãn các yêu cầu của người dùng thì các chức năng như
điều khiển đơn giản, khả năng chuẩn đoán tốt và kỹ thuật truyền chống nhiễu cần
được đáp ứng.
Các chức năng chuẩn đoán mở rộng của DP cho phép tìm ra vị trí lỗi nhanh
chóng, các thông số chuẩn đoán được truyền trên Bus và tập trung tại Master, các
thông số này được chia làm 3 cấp:
- Chuẩn đoán các trạm liên quan.
- Chuẩn đoán các modul liên quan.
- Chuẩn đoán các kênh liên quan.
1.2.2 Cấu Hình Hệ Thống Và Dạng Thiết Bị
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.
15
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
15
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
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 thông báo chuẩn đoán và thông số
Bus sử dụng.
Tùy theo phạm vi chức năng, kiểu dịch vụ thực hiện người ta phân biệt các
dạng dịch vụ sau:
- DP-Master cấp 1 (DPM1), đây là một bộ điều khiển trung tâm trao đổi thông tin
với các trạm phân tán (DP-Slave) theo một chu kỳ thông báo xác định. Các thiết bị

điển hình dạng này là các bộ PLC, máy CNC hoặc điều khiển
Robot.
- DP-Master cấp 2 (DPM2), các thiết bị thuộc dạng này là các thiết bị lập trình,
thiết bị cấu hình hoặc thiết bị chuẩn đoán. Các thiết bị này được sử dụng trong quá
trình khởi động để tạo ra cấu hình cho hệ thống DP.
- DP-Slave, một DP-Slave là một thiết bị I/O (Sensor-Actuator) đọc vào các thông
tin từ Input hoặc đưa ra thông tin ngõ ra tới quá trình xử lý. Lượng thông tin ngõ
vào hoặc ngõ ra phụ thuộc vào thiết bị.
Hệ thống Mono-Master, cấu hình hệ thống này chỉ có duy nhất một Master và
là hệ thống có thời gian chu kỳ ngắn nhất.
16
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
16
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
Hình 1.4. Cấu hình mạng ProfiBus-DP Mono-Master.
Hệ thống Multi-Master
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.
Hình 1.5. Cấu hình mạng ProfiBus-DP Multi-Master.
Việc đặt cấu hình hệ thống được thực hiện bằng phần mềm, thông thường một
công cụ cấu hình cho phép người sử dụng bổ sung và tham số hóa nhiều loại thiết
bị của cùng một nhà sản xuất một cách tương đối đơn giản bởi các thông tin tính
năng cần thiết của các thiết bị này đã được đưa vào cơ sở dữ liệu của công cụ cấu
hình.
1.2.3 Cấu trúc mạng (TOPOLOGY)
Topology là cấu trúc liên kết của một mạng hay nói cách khác chính là tổng
hợp của các liên kết. Topology có thể hiểu là cách sắp xếp, tổ chức về mặt vật lý

của mạng nhưng cũng có thể là cách sắp xếp logic của các nút mạng, cách tổ chức
17
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
17
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
logic các mối liên kết giữa các nút mạng.
Có thể phân biệt các dạng cấu trúc cơ bản là Bus, mạch vòng tích cực và hình
sao. Một số cấu trúc phức tạp hơn như cấu trúc cây đều có thể xây dựng trên cơ sở
phối hợp ba cấu trúc cơ sở này.
Trong công nghiệp người ta phân cấu trúc mạng Profibus ra làm nhiều dạng
cấu trúc theo cách sắp xếp các thiết bị trên một Bus, gồm các cấu trúc như sau:
- Cấu trúc Bus.
- Cấu trúc mạch vòng tích cực.
- Cấu trúc hình sao.
- Cấu trúc cây.
a. Cấu Trúc Bus
Trong cấu trúc này, tất cả các thành viên trong mạng đều được nối trực tiếp
với một đường dẫn chung. Đặc điểm cơ bản của cấu trúc Bus là việc sử dụng
chung một đường dẫn làm cho tiết kiệm được giá thành và công lắp đặt. Có ba loại
cấu hình kiểu Bus là Daisy-chain, Trunk-line/Drop-line và mạch vòng không tích
cực.
Với cấu hình dạng Daisy-chain, mỗi trạm được nối trực tiếp với nhau tại giao
điểm của hai đoạn dây dẫn, không qua một đoạn nối phụ nào:
Hình 1.6. Kiểu Daisy-chain.
Còn trong cấu hình Trunk-line/Drop-line mỗi trạm được nối với nhau qua
một đường nhánh (drop-line) để qua đường trục (Trunk-line):
18
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13

18
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
Hình 1.7. Kiểu Trunk-line/Drop-line
19
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
19
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
Và mạch vòng không tích cực là một cấu hình mà đường truyền liên kết giữa
các thiết bị trong mạch được khép kín:
Hình 1.8. Kiểu mạch vòng không tích cực.
Ưu điểm của loại cấu trúc Bus là tiết kiệm được dây dẫn, lắp đặt thi công đơn
giản, dễ thực hiện,…. Vì vậy, cấu trúc Bus được sử dụng rộng rãi trong mạng công
nghiệp.
Nguyên tắc truyền thông là tại một thời điểm nhất định chỉ có một thành viên
trong mạng được gửi tín hiệu, còn các thành viên khác chỉ có quyền nhận.
Bên cạnh những ưu điểm trên cấu trúc Bus có những nhược điểm khi sử dụng
chung đường truyền là:
+ Phải phân chia thời gian sử dụng Bus hợp lý:
- Một tín hiệu gửi đi có thể đến nhiều trạm khác nhau không kiểm soát được
nên cần phải gán địa chỉ cho từng trạm cụ thể.
- Số trạm trong một đoạn mạng bị hạn chế, muốn mở rộng mạng phải dùng
thêm các bộ lặp.
- Việc sử dụng hai trở đầu cuối thường làm cho tải của hệ thống tăng lên.
- Trong trường hợp đường dẫn bị đứt hoặc do ngắn mạch trong phần kết nối
Bus của một trạm bị hỏng đều dẫn đến ngừng hoạt động của cả hệ thống.
Việc định vị lỗi gặp nhiều khó khăn.

20
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
20
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
b. Cấu Trúc Mạch Vòng Tích Cực
Cấu trúc mạch vòng tích cực là cấu trúc mà các trạm trong cùng một mạng
được nối tuần tự từ điểm này đến điểm kia tạo thành một mạch vòng khép kín giữa
các trạm.
Điều đó làm cho mỗi thành viên trong mạng đều tham gia tích cực việc kiểm
soát dòng tín hiệu trên đường truyền. Trong cấu trúc này, mỗi trạm được nhận tín
hiệu truyền từ trạm trước nó và chuyển sang một trạm kế sau nó. Quá trình truyền
tín hiệu theo một chiều cứ tiếp tục cho đến khi tín hiệu được truyền quay về trạm
gửi ban đầu, khi đó tín hiệu sẽ bị hủy bỏ. Cấu trúc mạch vòng tích cực được chia
làm hai dạng:
- Dạng mạch vòng có điều khiển trung tâm, một trạm chủ sẽ kiểm soát việc
truy nhập đường dẫn của mạng :
Hình 1.9. Mạch vòng tích cực có điều khiển trung tâm.
- Dạng mạch vòng không có điều khiển trung tâm, các trạm đều bình đẳng như nhau
trong việc gửi và nhận dữ liệu. Việc kiểm soát đường dẫn do các trạm tự đảm nhận
và phân chia:
Hình 1.10. Mạch vòng tích cực không có điều khiển trung tâm.
21
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
21
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
Ưu điểm của cấu trúc này là mỗi một nút mạng là một bộ khuếch đại, nên

khi
thiết kế mạng theo kiểu cấu trúc vòng có thể thực hiện với khoảng cách và số
trạm lớn. Mỗi trạm có thể vừa nhận và phát tín hiệu cùng một lúc. Việc liên kết
điểm- điểm đáp ứng được yêu cầu sử dụng các phương tiện truyền tin hiện đại như
cáp quang, tia hồng ngoại,… để truyền dữ liệu. Các kiểu liên kết mạch vòng tích
cực thì việc gán địa chỉ cho các thành viên trong mạng có thể được thực hiện bởi
một máy chủ một cách tự động, căn cứ vào thứ tự sắp xếp vật lý của các trạm trong
mạch vòng.
Một ưu điểm khác của cấu trúc mạch vòng là khả năng xác định vị trí xảy ra sự
cố và cô lập vị trí đó để các trạm khác vẫn làm việc bình thường bằng một dây dự
phòng trong mạng.
Giả sử, một dây chính liên kết giữa các trạm bị đứt thì các trạm lân cận với
điểm xảy ra sự cố sẽ tự phát hiện lỗi đường dây rồi tự động chuyển qua đường dây
phụ và tín hiệu được đi vòng qua đường dây phụ.
Hình 1.11. Sự cố đứt dây giữa hai trạm.
22
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
22
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
Trong trường hợp khác, khi một trạm bị hỏng thì hai trạm lân cận sẽ bị nối tắt:
Hình 1.12. Nối tắt hai trạm lân cận của trạm bị sự cố.
Khả năng xử lý lỗi như trên là nhờ vào một thiết bị gọi là thiết bị chuyển mạch
(by-pass) tự động, khi bị sự cố thì bộ chuyển mạch tự động phát hiện và ngắn mạch
bỏ qua thiết bị được nối qua nó.
Hình 1.13. Sử dụng bộ chuyển mạch khi thiết bị làm việc bình thường và lúc sự cố
c. Cấu Trúc Hình Sao
Cấu trúc hình sao là sử dụng một trạm trung tâm làm nhiệm vụ truyền thông
cho cả mạng, các trạm khác được nối gián tiếp với nhau qua trạm trung tâm. Vì vậy,

trạm trung tâm có thể là một trạm chủ tích cực nếu nó kiểm soát toàn bộ truyền
thông của mạng hoặc chỉ là một bộ chuyển mạch thông thường.
Sử dụng cấu trúc hình sao có nhược điểm lớn, đó là khi trạm trung tâm bị sự cố
thì các thiết bị được nối với nó sẽ không hoạt động truyền thông được. Chính vì thế
mà khi sử dụng cấu trúc hình sao thì trạm trung tâm phải có độ tin cậy rất cao.
23
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
23
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO
2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
Hình 1.14. Cấu trúc hình sao
Một nhược điểm nữa của cấu trúc hình sao là tốn dây dẫn nếu khoảng cách các
trạm trong mạng nhỏ hơn khoảng cách từ chúng tới trạm trung tâm. Tuy nhiên, vấn
đề này có thể được khắc phục bằng phương pháp áp dụng kỹ thuật chuyển mạch
trong mạng. Trong nhiều trường hợp một mạng cấu trúc hình sao về mặt vật lý lại
có cấu trúc logic như một hệ Bus bởi các trạm có thể tự do liên lạc như không có sự
tồn tại của trạm trung tâm.
d. Cấu Trúc Cây
Cấu trúc cây không phải là cấu trúc cơ bản mà thực chất là sự liên kết của các
mạng con có cấu trúc Bus, hình sao, mạch vòng,…. Cấu trúc cây là quá trình phân
chia đường trục ra các đường nhánh bằng cách sử dụng các bộ nối tích cực hoặc có
thể tăng số trạm cũng như phạm vi của mạng đồng nhất bằng các bộ lặp. Trường
hợp các mạng con khác loại thì phải dùng các bộ liên kết khác như: Bridge,
Router,
Gateway,…:
24
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
24
Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒNG ĐỘ CO

2
TẦNG HẦM NHÀ HH2-BẮC HÀ
Hình 1.15. Mô hình cấu trúc cây
Vì thế cấu trúc hình cây là sự phân cấp đường dẫn.
1.2.4 Truy nhập BUS
Trong một mạng có cấu trúc, các thành viên phải chia nhau sử dụng đường
truyền. Để tránh sự xung đột về tín hiệu gây ra sai lệch về thông tin, ở mỗi thời
điểm trên một đường dẫn chỉ duy nhất một tín hiệu được phép truyền đi. Vì vậy,
mạch phải điều khiển sao cho tại một thời điểm nhất định thì chỉ có một thành viên
trong mạng được gửi thông tin, còn số lượng thành viên nhận thông tin trong mạng
thì không hạn chế. Một trong những vấn đề quan trọng hàng đầu ảnh hưởng đến
chất lượng của mỗi hệ thống Bus là phương pháp phân chia thời gian gửi thông tin
trên đường dẫn hay còn gọi là phương pháp truy nhập Bus.
Trong mạng truyền thông công nghiệp, các hệ thống có cấu trúc dạng Bus hay
các hệ thống Bus có vai trò quan trọng nhất do đảm bảo được những lý do:
- Lắp đặt dễ dàng.
- Chi phí dây dẫn thấp.
- Làm việc linh hoạt.
- Khoảng cách truyền vừa và nhỏ.
25
Lớp: CĐ.Điện 2 – K13
25