Đề cương bài giảng Tự đông hóa sản xuất

Chơng 1: Tổng quan về hệ thống sản xuất tự động
1. Khái niệm
Hệ thống sản xuất tự động (HTSXTĐ): Là hệ thống tự động các quá trình xử lý thông tin
trong quá trình công nghệ hoặc quá trình sản xuất. Trong hệ này con ngời là một khâu
quan trọng, thờng xuyên có sự trao đổi thông tin giữa ngời và máy. Con ngời làm việc
trong hệ thống để hoạch định mục tiêu và đa ra các quyết định để hệ đi đúng hớng
Chúng ta cần phân biệt giữa một hệ thống sản xuất tự động và hệ thống điều khiển tự
động (HTĐKTĐ). Hệ thống điều khiển tự động là hệ thực hiện các thao tác một cách tự
động theo logic chơng trình đặt trớc (do con ngời đặt trớc), không có sự can thiệp của con
ngời, con ngời chỉ đóng vai trò khởi động hệ (trên thực tế đó là các bộ PID, PLC.
MicroProccesor, các mạch điều khiển rơle-contắctơ ...). Nh vậy hệ thống sản xuất tự động
bao gồm các hệ thống điều khiển tự động, con ngời, hệ thống kho bãi, nguyên liệu...
Quá trình trao đổi thông tin giữa ngời và máy thực hiện theo mô hình sau:

MT
QTCN

QTCN

Hình1: Quá trình xử lý thông
tin thông thờng
2. Cấu trúc sơ bộ hệ thống sản xuất tự động:

Hình 2: Quá trình xử lý thông tin có
tích hợp máy tính

Một hệ thống sản xuất tự động đợc cấu thành từ một hay nhiều hệ con trong đó bao gồm
cả con ngời. Cấu trúc của hệ thống sản xuất tự động đợc trình bày nh hình 4.
Tất cả các hệ thống tự động hoá quá trình sản xuất đều đợc xây dựng trên hai cơ sở:

chức

- Có ngời phục vụ, thao tác,Tổ
điều
phốiquản
(vận lý
hành, điều Vận
phối)hành,
điều phối

- Bảo đảm thông tin, bảo đảm kỹ thuật, bảo đảm chơng trình.

Con ngời
Thông
tin
vào

Thiết
bị điều
khiển

Đối t
ợng
điều
khiển

Thông
tin ra

Đảm bảo kỹ thuật
Hình 3: Sơ đồ cấu trúc sơ bộ một hệ thống sản xuất tự động

Hệ thống này có thể là bằng tay, bán tự động, hoặc tự động hoàn toàn
Hệ thống sản xuất tự động sẽ đợc thực hiện nhờ quá trình truyền tin. Với những hệ thống
càng lớn, lợng thông tin trao đổi giữa ngời và máy càng nhiều, nếu không dùng máy móc
hỗ trợ, sẽ cần một lực lợng đông đảo nhân lực để ghi nhận. Cách làm này tốn thời gian và
cũng rất dễ gây ra nhầm lẫn. Ngày nay ngời ta thờng dùng máy tính điện tử để ghi nhận
và xử lý và truyền thông tin (Máy tính đặt tại văn phòng để lập kế hoạch, báo cáo, xử lý
và truyền tin thông thờng. Máy tính đặt tại các phân xởng để truyền và xử lý thông tin,
máy tính đặt tại dây truyền để điều khiển cục bộ). Nhờ sự hỗ trợ của máy tính và các thiết
bị điều khiển. Các hệ thống sản xuất tự động hiện nay đã đợc xây dựng ở mức độ tự động
hóa rất cao, giảm nhẹ sức lao động trí óc và chân tay của con ngời.
Trên thực tế, một hệ thống sản xuất tự động thờng rất phức tạp, để nghiên cứu nó, ngời ta
phải phân nhỏ thành từng phần để xem xét rồi sau đó tổng hợp lại.
Mức độ tự động hoá của một hệ thống SXTĐ thờng đợc chia thành 4 cấp nh sau:
Central Computer
Supervision

Hệ ĐK TĐH QTSX

4

Hệ ĐK TĐH QTCN

3

Hệ ĐKTĐ

2

Controler: PID, PLC,

Micro Processor.

Cơ cấu chấp hành điều khiển

1

Valves, relays, motors,
sensors, Actuators

Computer Terminal

Cấp 1: Là cấp tiếp xúc giữa hệ thống điều khiển và QTCN, ở cấp này sử dụng các cảm
4: Cấp
độnhận
tự động
hóatức
hệtừthống
sản
tự động
biến, các thiết bị Hình
đo dùng
để thu
các tin
QTCN
vàxuất
các cơ
cấu chấp hành nh rơle,
động cơ, van... dùng để nhận thông tin điều khiển và thực hiện các lệnh điều khiển
Cấp 2: Là cấp điều khiển cục bộ, ở đây thực hiện việc điều khiển từng máy, từng bộ phận
QTCN. Các thiết bị điều khiển nhận thông tin của QTCN ở cấp 1 và thực hiện các thao tác

tự động theo chơng trình của con ngời đã cài đặt sẵn. Một số thông tin về QTCN và kết
quả của công việc điều khiển sẽ đợc chuyển lên cấp 3. Cấp này thờng đặt các bộ điều
khiển tơng tự (P,I,D) và các bộ điều khiển số. Hiện nay sử dụng phổ biến là các bộ điều
khiển khả trình PLC
Cấp 3: Là cấp điều khiển tự động hoá quá trình công nghệ. ở cấp này có máy tính hoặc
các phần tử nối mạng để thu nhận thông tin về QTCN (từ cấp 1 gửi lên), xử lý các thông


tin và trao đổi thông tin với cấp cao hơn hoặc ngời điều khiển thông qua giao diện NgờiMáy
Cấp 4: Là cấp tự động hoá quá trình sản xuất, ở cấp này có máy tính trung tâm để không
những xử lý các thông tin về quá sản xuất mà còn là các thông tin về tình hình cung ứng
vật t, nguyên liệu, tài chính, lực lợng lao động, tình hình cung cầu trên thị trờng...Máy
tính trung tâm xử lý một khối lợng thông tin lớn, đa ra các giải pháp tối u để ngời điều
khiển lựa chọn. Ngời điều khiển có thể can thiệp sâu vào quá trình sản xuất, thậm chí có
thể thay đổi mục tiêu sản xuất. Cũng nh ở cấp 2, cấp này sử dụng giao diện Ngời-Máy nhng ở mức độ cao hơn với phạm vi điều khiển rộng hơn.
Các hệ thống sản xuất tự động hiện nay mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt: Nâng cao chất l ợng sản phẩm, tăng năng suất lao động, giảm sức lao động của con ngời, hạ giá thành sản
phẩm. Các thông tin luôn đợc xử lý kịp thời với độ chính xác cao.
3. Các giai đoạn phát triển cơ bản của tự động hoá quá trình sản xuất.
Các giai
đoạn
Cơ khí hoá

Điểm đặc trng
Thay thế lao động cơ bắp của con ngời

Ví dụ

Thời điểm
xuất hiện

Máy tiện,
Băng tải

~1775

Tự động hóa Thay thế công việc điều khiển thiết bị của NC, CNC...
từng phần
công nhân bằng máy

1956~1960

Tự động hoá Sản xuất tự động hóa tích hợp có tính đến môi FMS,
ở mức độ cao trờng của từng thành phần riêng biệt
CAD/CAM

1970-1975

Sản suất tích Trên cơ sở tự động hoá với sự trợ giúp của hệ Nhà máy tự
hợp
thống máy tính để thực hiện các quá trình sản động hoá
xuất tích hợp
hoàn toàn

1985-nay

4. Vai trò và chức năng của hệ thống sản xuất tự động
4.1. Vai trò:
- Nâng cao năng suất lao động, giảm sự mất ổn định về giờ giấc và giảm giá thành.
- Cải thiện điều kiện sản suất, ngời lao động tránh đợc những nơi lao động độc hại, nặng
nhọc, công việc có tính lặp đi lặp lại.

- Cho phép đáp ứng cờng độ sản suất cao,có thể sản xuất ra các sản phẩm với số lợng
lớn.
- Cho phép thực hiện chuyên môn hoá và hoán đổi sản xuất.
4.2. Chức năng:
Hệ thống sản xất tự động có các chức năng sau
- Chức năng thông tin: Chức năng thông tin của HTSXTĐ nhằm chọn, soạn thảo và thu
nhận thông tin (ví dụ: đo lờng các thông số của quá trình, tính chỉ tiêu thông số, các
tín hiệu về trạng thái của hệ thống). Kiểm tra ghi các sai số của các thông số, trạng


thái kỹ thuật thiết bị so với ban đầu. Phân tích hoạt động bảo vệ thiết bị, ghi nhận
trạng thái không an toàn, thông báo trớc về khả năng giảm chất lợng sản phẩm, xuất
hiện sự cố. Ghi lại quá trình công nghệ (đồ thị, ảnh).
- Chức năng điều khiển: Chức năng điều khiển của hệ thống SXTĐ để đảm bảo hệ thống
có khả năng chống lại các nhiễu loạn trong quá trình SX, chọn chế độ hoạt động tối u
cho các máy, tối u cho toàn bộ quá trình
- Chức năng bổ trợ: Ngoài các chức năng trên HTSXTĐ còn có các chức năng bổ trợ
đảm bảo an toàn lao động nh bảo vệ sức khoẻ ngời vận hành, bảo vệ chống cháy, bảo
vệ an toàn chung, bảo vệ môi trờng.
Mức độ của các chức năng trên phụ thuôc vào mức độ phát triển của hệ thống SXTĐ
5. Xây dựng hệ thống sản xuất tự động
5.1. Bảo đảm kỹ thuật của hệ thống sản xuất tự động
Bảo đảm kỹ thuật của hệ thống sản xuất tự động là toàn bộ tổ hợp các thiết bị kỹ thuật
cần thiết cho hoạt động của hệ thống đảm bảo thực hiện đợc các chức năng của hệ

thống cần thiết kế. Nó đợc hiện thực hoá từ kỹ thuật tính, kỹ thuật điều khiển
logic và kỹ thuật điều chỉnh. Với các thiết bị nh máy tính, thiết bị công suất, bộ
điều chỉnh, điều khiển logic.
Algorith điều khiển hệ thống
Đảm bảo toán kỹ thuật của hệ thống SXTĐ cần đảm bảo toán học và đảm bảo chơng trình:

Algorith điều khiển
Algorith điều khiển
Algorith điều khiển
quy trình A

quy trình B

quy trình C

- Đảm bảo toán học: Tuỳ theo công nghệ mà xác định đợc mô hình toán học mô
tả hệ
thống.
Dựa vào các mô hình B1.
nàyXác
áp dụng
củaThu
kỹ thuật
điều
thập số
liệu các
A1.
Xác định
định các tính toánC1.
quychất
trìnhlợng
điềunào
khiển
chỉnh
hệ thống đợcnhiệm
thiết kế

nhiệmđể
vụđảm
điềubảo
khiển
vụthoả
điều mãn
khiểnmột số chỉ tiêu
đó đã đề ra. (Trên thực tế, nó đợc mô tả bằng một phiếm hàm J phụ thuộc vào
các thông số, cấu trúc hệ thống. Phiếm hàm này phải thoả mãn các chỉ tiêu tối C2. Phân tích số liệu các
A2. Xác định các thiết bị
B2. Xác định các thiết bị
u:
quá
trình
quá
độ
ngắn
nhất
(thòi
gian
t),
Độ
quá
điều
chỉnh
nhỏ nhất
quy(OS%
trình),
sử dụng trong hệ thống
sử dụng trong hệ thống

dụng
Sai lệch tĩnh nhỏ nhất, Năng lợng tiêu thụ ít nhất, giá thành rẻ sử
nhất,
cấutrong
trúc hệ
đơnthống
giản nhất và độ ổn định cao nhất. Thờng áp dụng nguyên lý tính toán tối u
A3. Xây lý
dựng
sơ đồ
B3. Xây dựng sơ đồ
C3. Hiển thị số liệu trên
(nguyên
pontriagin).
hệ thống điều khiển
hệ thống điều khiển
màn hình
hệ
thống
điềuhợp
khiển
- Đảm bảo chơng trình: HT SXTĐ luôn có một algorith điều khiển, đó là tập
lệnh xác định cần thiết cho việc điều khiển. Algorith điều khiển có thể là tổ hợp
C4.phải
Đa ra
cácbảo
tín hiệu
A4.các
Xâyalgorith
dựng ch

ơng khiển conB4.
chơng
của
điều
có Xây
quandựng
hệ với
nhau, yêu cầu
đảm
bổ trợ điều khiển
trình điều khiển
trình điều khiển
Algorith điều khiển này
Ví dụ:
A5. Ghép nối hệ thống

B5. Ghép nối hệ thống

A6. Biên soạn tài liệu

B6. Biên soạn tài liệu

Công nghệ 1

Công nghệ 2

Hình 5: Ví dụ về một Algorith điều khiển hệ thống

C5. Biên soạn tài liệu

Quản lý,
giám sát



5.2. Cấu trúc truyền tin trong các hệ thống SXTĐ
Truyền tin đóng vai trò quan trọng khi xây dựng các hệ thống SXTĐ, truyền tin phải
đảm bảo các yêu cầu sau:
- Đảm bảo thông tin đầy đủ để hiện thực tất cả các mục tiêu đặt ra.
- Các tín hiệu và mã phải tuân theo tiêu chuẩn.
- Mã thông tin phải là đơn giản nhất và thích hợp với nơi sản xuất.
- Có khả năng trao đổi thông tin với nhiều thiết bị.
- Thông tin phải đảm bảo tính bảo mật theo yêu cầu.
Các cấu trúc hệ thống thông tin có thể là hình tia, tuyến tính hoặc hình cây:

Sử dụng
TT
CN3

HT-TT

Sử dụng
TT
CN2

CN2

CN3

CN1

HT-TT
CN1
Hình tia

Tuyến tính
Sử dụng
TT

CN3
CN1

CN2

CN2
CN3

HT-TT
Hình cây
Hình 6: Các loại cấu trúc truyền tin

5.3. Một số mô hình xây dựng thống sản xuất tự động hiện nay
5.3.1 Mô hình SCADA
SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) nghĩa là hệ thống điều khiển và
thu thập số liệu hay còn gọi là hệ thống điều khiển giám sát. Nó cho phép điều khiển,
giám sát hoạt động hệ thống trong quyền hạn nào đó trên màn hình và điều khiển


nhiều chức năng khác nhau bên ngoài hoặc quá trình. Hệ thống SCADA sẽ bao gồm
một trạm chủ cho việc thu thập thông tin từ những thiết bị đầu cuối thông qua thủ tục

thu thập số liệu từ các phơng tiện truyền thông khác nhau. Lấy lại thông tin và kết hợp
với cảnh báo để ngời điều khiển đa ra những quyết định chính xác hoàn thành việc
điều khiển hệ thống và quá trình. SCADA là một hệ kết hợp phần cứng và phần mềm
để tự động hoá việc quản lý giám sát điều khiển một hay nhiều đối tợng. SCADA thực
hiện một số nhiệm vụ chính sau:
- Thu thập thông tin và giám sát từ xa lên đối tợng.
- Điều khiển, điều chỉnh tự động từ xa lên đối tợng.
- Thông tin từ xa với các đối tợng và các cấp quản lý.
Các giải pháp về một hệ SCADA rất đa dạng về cấu trúc (có nhiều biến thể trong thực
tế do yêu cầu về sự phân bố chức năng điều khiển cũng nh sự phân bố máy tính, thiết
bị). Tuy nhiên tựu trung lại có cấu trúc tổng quan nh h.v.
A: Actuator
S: Sensor

Máy tính ĐK

A

S

A

Quá trình con 1

S

Quá trình con 2

A

S

Quá trình con 3

Hình 7: Mô hình SCADA đơn giản

Một máy tính đợc dùng để điều khiển toàn bộ các quá trình con. Trí tuệ của toàn bộ
hệ tập trung tại một điểm. Đây là cấu trúc tự động hoá thích hợp cho các loại máy móc
thiết bị vừa và nhỏ, bởi sự đơn giản, đễ thực hiện và giá thành một lần cho máy tính
điều khiển. Tuy nhiên cấu trúc này có các nhợc điểm sau:
- Công việc nối dây phức tạp, giá thành cao.
- Việc mở rộng hệ thống gặp khó khăn.
- Độ tin cậy của hệ thống điều khiển phụ thuộc vào một thiết bị duy nhất.

Để nâng cao độ tin cậy cho hệ thống ngời ta thờng dùng máy tính dự phòng, tuy
nhiên sẽ nâng cao giá thành. Nhợc điểm thứ nhất và một phần nhợc điểm thứ hai
sẽ đợc khắc phục bằng cách dùng một mạng dây dẫn chung gọi là BUS
TRƯờNG (field bus)
Ví dụ: Một hệ thống điều khiển SCADA cải tiến trong dây chuyền sản suất ô tô
theo giải pháp của Siemens (Một máy tính điều khiển trung tâm với giao diện NgờiMáy)


5.3.2 Mô hình DCS

Hình 8: Mô
SCADAControl
của SIEMENS
DCShình
(Distributed
System) là hệ thống điều khiển phân tán, thực hiện ý

tởng giải pháp tích hợp điều khiển khi có nhiều phòng điều khiển hoặc từng khu vực
có những khối điều khiển chéo nhau. Phân tán là việc bố trí Trí tuệ và chức năng theo
bề rộng cũng nh chiều sâu, kết hợp mạng truyền thông thay cho phơng pháp dùng dây
nối và bảng cổ điển. Bên cạnh cách sử dụng phơng pháp các cụm vào ra tại chỗ và các
thiết bị chấp hành thông minh, ngời ta còn đa vào các máy điều khiển nhỏ (Các bộ
điều chỉnh chuyên dụng, vi điều khiển) xuống các vị trí gần kề quá trình kỹ thuật
(hình 9).
- Trung tâm điều hành bao gồm: Trạm kỹ thuật (Engineering Station), trạm thao tác
(Operator Station), và trạm phục vụ (Sevice Station)
- Trung tâm điều khiển bao gồm các máy tính điều khiển nh các bộ logic khả trình
(PLC), máy tính công
nghiệp
(IPC) và các máy tính phối
hợpkỹ
đợc
nối với nhau và nối
Trạm
vận hành
Trạm
thuật
lên trung tâm điều hànhquá
trình
qua
BUS
xử
lý.
OS
ES
- Khu vực gần với khu vực kỹ thuật bao gồm các bộ điều khiển tại chỗ nh bộ vi điều

khiển (Micro Controler), các bộ điều khiển thu gọn (Compact Controler) và các cụm
vào ra tại chỗ, các thiết bị cảm biến chấp hành đợc nối lên trung tâm thông qua BUS
trờng. Trong thực tế tuỳ theo tính chất
BUSứng
hệ dụng
thốngvà thể loại quá trình kỹ thuật mà
cấu trúc trên có thể đợc đơn giản hoá hoặc mở rộng thêm.

Máy tính ĐK

Máy tính ĐK

Máy tính phối hợp

BUS trờng
Máy tính ĐK

A

S

I/O

A

I/O

S

A

Bộ Đ/K

S


Hình 9: Mô hình DCS
Bằng giải pháp này đã giải quyết vấn đề nối dây nhờ mạng truyền thông, độ tin cậy hệ
nâng cao, tạo ra hệ thống mở
6. Mạng truyền thông công nghiệp
Trong những thập kỷ gần đây, do trình độ tự động hoá đã đợc nâng cao đáng kể, nó
làm thay đổi hẳn phơng thức sản xuất. Bằng việc áp dụng các tiến bộ của kỹ thuật vi điện
tử vào công nghệ truyền thông. Các công nghệ điều khiển và truyền thông mới đã làm
thay đổi phạm vi điều khiển và giám sát không chỉ ở cấp thao tác viên mà còn ở các cấp
điều hành xởng, cấp quản lý công ty, lãnh đạo công ty và cấp quản lý ngành. Các công ty
chuyên thiết kế và chế tạo các thiết bị và hệ thống tự động hoá đã không ngừng nghiên
cứu để đa ra các sản phảm ngày càng u việt. Do ý tởng và giải pháp công nghệ khác nhau,
do tính cạnh tranh và khả năng độc quyền về thiết bị, mà mỗi hãng phát triển cho mình
400giải pháp PG
S7 500
những chuẩn riêng. MặcS7/M7
dù những
công nghệ là khác
nhau nhng đềuPC
có chung
một xu hớng là tiện dụng cho ngời dùng. Do đó các thiết bị này đều đợc phát triển trên
các chuẩn để sao cho có khả năng ghép nối với các thiết bị của hãng khác trên cùng một
hệ thống,
đảm bảo
tính mở của hệ thống.

Industrial
Ethernet
6.1. Mạng truyền thông của SIEMENS.
Mô hình mạng truyền thông để xây dựng các hệ thống SXTĐ của SIEMENS có cấu
SIMATIC
S5
trúc mạng nh sau: S7/M7 300

S5/S7

S7/M7 300

S7/M7 400

C7

S7 500

PG

PROFIBUS
SIMATIC
S5/S7

S7 200

OP

TD

AS-I
A

S

A

S

LOGO

Repeater


Hình 10: Cấu trúc mạng truyền thông của SIEMENS

Có ba phơng pháp nối mạng các thiết bị điều khiển trong một hệ thống sản xuất tự
động của SIEMENS, đó là: Industrial Ethernet, Profibus va AS-Interface


Hình 11: Mạng truyền thông SIEMENS
6.2. Mạng truyền thông của OMRON.
Cũng nh mạng truyền thông của SIEMENS, mạng truyền thông giữa các thiết bị điều
khiển của OMRON phụ thuộc vào yêu cầu ngời sử dụng. Tuy nhiên chúng đợc phân cấp ở
các cấp thực hiện xử lý thông tin và điều khiển. OMRON đa ra cấu trúc mạng theo hai
chiều ngang và dọc nh trên hình vẽ

Cấp 4:
Ngành

Host
Computer

Cấp 3:
Nhà máy

Phân xởng

Cấp 2:
Trạm điều khiển

Factory
Computer

PLC

PLC

Robot
Controller
Cấp 0:
Thiết bị I/O

ETHERNET

Board
NBS
PLC

Area

Computer
Board
NBS

PLC

SYSMAC
NET

Station
Computer

SYSMAC
WAY

Control
Components

SYSMAC
BUS

Hình 11: Cấu trúc mạng truyền thông OMRON
Mechantronic
Mechantronic
Sensors
Components
Modules

Actuators

Cấp 0: Là cấp cơ bản của các bộ phận thiết bị nh Sensor, cơ cấu chấp hành, Module cơ
khí, trực tiếp tham gia vào quá trình sản xuất
Cấp 1: Cấp này bao quanh các thiết bị nh máy điều khiển số, PLC, Robot công nghiệp,
thực hiện chức năng điều khiển.
Cấp 2: Điều khiển và phối hợp cùng với các thiết bị ở mức 1. Thực hiện việc thích nghi
với các chức năng điều khiển và sự thay đổi của các thiết bị mức 1
Cấp 3: Điều khiển, giám sát các hoạt động của các thiết bị ở mức 2. Quản lý giới hạn
không quá một vùng riêng biệt của nhà máy hoặc một văn phòng.
Cấp 4: Hợp nhất các hoạt động phân tầng với chức năng chính là tính toán dự báo tr ớc và
đặt kế hoạch.
Các cấp này đợc ghép nối hệ thống mạng: SYSMAC BUS, SYSMAC WAY, SYSMAC
NET và ETHERNET.
6.2.1. Lớp mạng SYSMAC BUS.
Mạng này đợc truyền theo kiểu BUS, có thể kết nối với các thiết bị thay đổi nh Sensor,
Actuator hay các thiết bị I/O. Sử dụng các thiết bị CVM1, C200HW (Master), CVseries, C200HC, C200HS (Slave). Mạng này có các đặc điểm sau:
- Phơng thức truyền thông kiểu Master-Slave.
- Kết nối từ 31-63 nút (phụ thuộc từng thiết bị sử dụng).
- Dộ dài mạng 100, 500m.
- Có khả năng chuẩn đoán và thể hiện lỗi trên trạm chủ.
6.2.2 Lớp mạng SYSMAC WAY.
Có thể thực hiện truyền thông với máy tính qua cổng truyền thông nối tiếp RS-322,
truyền thông giữa các trạm chủ trên mạng theo phơng thức Tokenring. Sử dụng các
thiết bị C200H-SLK21-V1, C200H-SLK11.
Đặc điểm: - Tốc độ truyền 2Mbps. Đờng truyền là cáp đồng trục hoặc cáp quang.
- Số nút tối đa là 63.
- Khoảng cách truyền: Tổng cộng 1km (hoặc 10km, 800m giữa các nút).
- Độ dài dữ liệu 512 byte.
2.3 Lớp mạng SYSMAC NET.
Đây là lớp mạng liên kết trực tiếp các máy tính và các trạm chủ có độ tin cậy cao với

khả năng tự phản hồi và tự chẩn đoán lỗi của các thiết bị trên mạng. Sử dụng các thiết
bị nh CV500/1000/2000, CVM1, C1000H, C2000H...
Đặc điểm : - Tốc độ truyền 2Mbps. Đờng truyền là cáp quang.
- Số nút tối đa là 126.
- Khoảng cách truyền 1km (hoặc 3km khi dùng Repeater).
- Độ dài dữ liệu 2K byte.
- Có khả năng gửi và nhận đệm các thông báo (nhận 15(30Kbyte) và gửi
1 (2Kbyte) thông báo).


Chơng 2: Thiết lập mạng AS-I, PROFIBUS-DP Và ETHERNET
Hệ thống sản xuất tự động là hệ thống tự động các quá trình xử lý thông tin trong quá trình
công nghệ, vấn đề truyền tin ở đây rất quan trọng, trong chơng này sẽ giới thiệu một số loại
mạng truyền tin công nghiệp điển hình.
1. Mạng AS-I.
AS-I (Actuator Sensor-Interface) là mạng ghép nối các phần tử ở cấp
thấp nhất, dùng để ghép nối các thiết bị chấp hành, cảm biến. Đây là
cấu trúc mở với mô hình mạng nhỏ, giá thành hạ, dễ cài đặt và sử
dụng. Mạng AS-I có các tính đặc điểm sau:
- Đồng tải nguồn và dữ liệu, tức là nguồn nuôi cho các cảm biến, cơ cấu chấp hành và dữ
liệu đều đợc truyền chung trên một đờng cable hai dây.
- Có khả năng truyền bền vững trong môi trờng công nghiệp (đạt tiêu chuẩn IP 67) nhng
không đòi hỏi cao về chất lợng truyền.
- Các bộ kết nối đơn giản và nhỏ gọn.
1.1 Thông số kỹ thuật mạng AS-I
- Là hệ thống mạng chủ-tớ (Master-Slave): Trạm chủ giao tiếp với trạm tớ theo phơng
pháp hỏi tuần tự (polling). Trạm chủ gửi bức điện có chiều dài 14 bit và chờ đợi trạm tớ
trả lời (với một khoảng thời gian định trớc), trạm tớ trả lời với bức điện có chiều dài 7
bit:
Cấu trúc bức điện:

Lời gọi trạm chủ

Nghe

0 CB A4 A3 A2 A1 A0 I4 I3 I2 I1 I0 P 1

Bit đầu

Địa chỉ trạm tớ

Bit điều khiển

Bit chẵn lẻ
Thông tin cho trạm tớ Bit cuối

Trạm tớ trả lời
0 S3 S2 S1 S0 P 1

Thông tin trả lời
Bit đầu

Bit cuối

Bit chẵn lẻ

12: Cấu
bứcsửđiện
- Các phần tử AS-I slave tíchHình
hợp AS-I

chip,trúc
không
dụngAS-I
vi sử lý và phần mềm, làm cho
việc lắp đặt rất dễ dàng.
- Khả năng mở rộng tối đa 31 điểm, 4bit dữ liệu, ghép nối đợc tối đa là 124 phần tử đầu
vào và 124 phần tử đầu ra.
- Sử dụng chuẩn truyền RS-485.
- Có thể truyền dữ liệu trên cable 2 dây (2x1,5mm2), với điện áp vi sai lên tới 30V.
- Cho phép bổ xung nguồn phụ 24.
- Chu kỳ quét lớn nhất là 5ms.
- Khoảng cách truyền tối đa là 100m (nếu sử dụng Repeater sẽ lên tới 300m).
- Mạng có thể xây dựng theo cấu trúc hình sao, tuyến tính (daisy-chain, trunk-line/dropline) hoặc hình cây.
1.2 Xây dựng mạng AS-I với module truyền thông CP 342-2


Nh đã biết mạng AS-I là hệ thống mạng mở, rất nhiều nhà sản xuất cung cấp thiết bị và
chúng có thể tích hợp vào cùng một hệ thông mạng. Trong phần này sẽ hớng dẫn thiết lập
mạng AS-I sử dụng module truyền thông CP342-2 của
Siemens.
Cấu trúc mạng:

Hình 13: Mô hình mạng AS-I.
Trong mô hình trên bao gồm các phần tử:
- Nguồn cung cấp 30V: Nguồn cung cấp này đợc ghép nối trực tiếp vào đờng
truyền dữ liệu.
- Cable nối: Là cable hai dây có vỏ bọc cách điện (không cần có vỏ bọc
chống nhiễu) để nối tất cả các phần tử trên mạng
- Phần tử AS-I Master: Thiết bị điều khiển toàn bộ hệ thống mạng, cho phép kết nối hệ
thống này với hệ thống BUS cao hơn và cho phép ngời sử dụng có thể truy nhập vào các

I/O Slave (việc này có thể thực hiện trong chơng trình của CPU S7-300 )
- Phần tử AS-I Slave: Có thể sử dụng nhiều phần tử AS-I Slave của các hãng khác nhau
trên cùng một mạng. Mỗi phần tử này đợc gán một địa chỉ riêng biệt, có thể dùng thiết
bị chuyên dụng để đặt địa chỉ cho các AS-I Slave hoặc thông qua phần tử Master (ghép
nối trực tiếp).
- Bộ lặp: Cho phép tăng khoảng cách truyền từ 100m lên tới 300m,
bộ lặp đợc ghép vào giữa hệ thống mạng trực tiếp trên các đờng
truyền tín hiệu


- Nguồn phụ trợ: Có thể sử dụng thêm nguồn nuôi phụ nếu dòng
yêu cầu của tất cả các phần tử Slave lớn hơn 2A. Nguồn nuôi
này sẽ đợc nối với các phần tử Slave bằng một dây riêng.
- Thiết bị đặt địa chỉ PSG: Dùng để gán đại chỉ cho các trạm
Slave
Cài đặt mạng:
Để lắp đặt hệ thống mạng AS-I, thực hiện theo những bớc sau:
- Gán địa chỉ cho tất cả các trạm tớ bằng thiết bị đặt địa chỉ PSG

Kết nối PSG với trạm ASI Slave
1.
Bật nguồn PSG
(START)
2.
Kích hoạt PSG
(ENTER)
3.
Chọn Master (F3)
VD: Trạm Slave có
4.

Chọn chế độ hoạt
địa chỉ là 2
động Single operation
(F1)
5.
Chọn New address
(F1)
6.
Kích hoạt AS-I
address (ENTER).
7.
Nhập địa chỉ trạm
AS-I
slave
dụ30V,
là 2)
- Sử dụng cable nối để nối tất cả các trạm AS-I Slave, AS-I Master, Nguồn cung(vícấp
8.
Xác nhận địa chỉ
Repeater (nếu có) tạo thành hệ thống mạng
(ENTER)
- Nếu sử dụng thêm nguôn nuôi phụ, cần sử dụng cable nối khác9.màu (để dễ
biệtchính
ng- (2x
Vềphân
menu
ESC)có màu vàng)
ời ta thờng chọn cable này có màu đen, trong khi cable truyền dữ liệu
10.
Tắt nguồn PSG

- Kết nối tất cả các cảm biến và cơ cấu chấp hành vào trạm AS-I Slave

- Nh vậy đờng truyền AS-I đã sẵn sàng, ta có thể cài đặt thông số cho trạm chủ
- Chuyển CPU về trạng thái STOP để cài đặt thông số cho module CP342
- Module CP342 ở trạng thái thiết lập (Configuration mode) sẽ nhận tất cả các trạm tớ kết
nối với nó (đèn báo sáng).
- Đặt module CP342 ở trạng thái đợc bảo vệ bằng cách nhấn nút SET trên module này, nó
sẽ lu tất cả địa chỉ các trạm tớ và có thể thực hiện truyền thông. Đèn LED CM sáng.
- Chuyển CPU sang trạng thái RUN-P. Việc cài đặt mạng đã hoàn thành.
Lập trình:
Sau khi cài đặt xong hệ thống mạng bạn có thể lập trình điều khiển cho toàn hệ thống
mạng vừa thiết lập, chơng trình điều khiển sẽ phụ thuộc vào quá trình công nghệ, ở đây
không tập trung vào hớng dẫn lập trình, do đó chỉ sử dụng một bài toán lập trình đơn giản
nh một ví dụ minh hoạ.


Bài tập:
Lập trình điều khiển xi lanh ép hoạt động nh sau: Nhấn nút S1 xi lanh đi xuống, nhấn nút
S2 xi lanh trở về vị trí ban đầu (xy lanh ép là loại tác động đơn).

Mở phần mềm lập trình SIMATIC Manager bằng cách kích đúp (Double click) vào biểu tợng
này.

Tạo một Project mới:


§Æt tªn cho Projcet võa t¹o ra (vÝ dô: ASI_CP342_2)


T¹o ra mét tr¹m PLC S7-300 ®Ó lËp tr×nh b»ng c¸ch chän:

->Insert -> Station -> SIMATIC 300-Station


Sau đó kích đúp chuột vào biểu tợng SIMATIC 300 (1) ở cửa sổ bên phải (hoặc kích chuột
vào dấu cộng bên cạnh dòng chữ SIMATIC 300 ở cửa sổ bên trái) để vào vào phần thiết lập
cấu hình cứng Hardware configuration.
Mở cửa sổ thiết lập cấu hình cứng bằng cách kích đúp chuột vào Hardware


Mở cửa sổ Hardware catalog bằng cách kích vào biểu tợng
trên cửa sổ HW config.
Lúc này bạn có thể nhìn thấy rất nhiều th mục bao gồm PROFIBUS-DP, SIMATIC 300,
SIMATIC 400 và SIMATIC PC Based Control trong catalog thiết bị này. Tất cả các thiết
bị thuộc dòng họ S7-300 sẽ nằm trong th mục SIMATIC 300.

Đa vào một thanh rail bằng cách kích đúp chuột vào Rail -> SIMATIC 300
-> RACK-300 -> Rail


Bây giờ rất dễ dàng, bạn có thể chọn tất cả các thiết bị bạn sử dụng để chèn vào các vị trí
(slot) tơng ứng theo quy tắc thiết lập cấu hình cứng. Để đặt một thiết bị vào một vị trí nào đó,
chọn slot cần đặt, sau đó kích đúp vào thiết bị trên cửa sổ catalog (hoặc bạn có thể bấm và
giữ chuột để kéo thiết bị từ cửa sổ catalog sang vị trí tơng ứng).
Hãy tìm và đọc đúng mã thiết bị trên các thiết bị (bạn có thể ghi lại các mã này), chọn đúng
các thiết bị này trên catalog thiết bị.

Trớc tiên đặt vào slot 1 một nguồn nuôi PS 307-2A
-> SIMATIC 300 -> PS-300 -> PS 307 2A

B¹n cã thÓ nh×n thÊy m· thiÕt bÞ trong catalog ë bªn díi cöa sæ catalog.

§Æt vµo Slot 2 mét CPU 315-2DP.
-> SIMATIC 300 -> CPU-300 -> CPU 315-2DP -> 6ES7 315-2AF03-0AB0 -> V1.1


Đây là CPU có tích hợp khả năng truyền thông Profibus-DP, bởi vậy chúng ta có thể thay đổi
địa chỉ truyền thông ở giao diện xuất hiện tiếp theo

Tuy nhiên ở đây chúng ta sẽ không thực hiện truyền thông Profibus-DP, chọn OK
Slot thứ 3 bỏ trống (vì chúng ta không sử dụng module ghép nối IM ).
Bạn có thể chèn vào slot thứ 4 và thứ 5 các module vào/ra số.
-> SIMATIC 300 -> SM-300 -> DI-300 -> SM 321 DI16xDC24V


-> SIMATIC 300 -> SM-300 -> DO-300 -> SM 322 DO16xDC24V/0.5A

Cuèi cïng ta ®Æt vµo slot thø 6 mét module truyÒn th«ng AS-I CP342.
SIMATIC 300 -> CP-300 -> AS-Interface -> CP 342-2 AS-i