Đề cương bài giảng mạng truyền thông công nghiệp

T NG HểA QU TRèNH SN XUT
Ch-ơng 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 ng-ời là
một khâu quan trọng, th-ờng xuyên có sự trao đổi thông tin giữa ng-ời và máy. Con ng-ời
làm việc trong hệ thống để hoạch định mục tiêu và đ-a ra các quyết định để hệ đi đúng
h-ớng
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 ch-ơng trình đặt tr-ớc (do con ng-ời đặt tr-ớc), không có sự can thiệp của
con ng-ời, con ng-ời 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 ng-ời, hệ thống kho bãi, nguyên
liệu...
Quá trình trao đổi thông tin giữa ng-ời và máy thực hiện theo mô hình sau:

MT

QTCN

QTCN
Hình1: Quá trình xử lý thông
tin thông th-ờng

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

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 1

T NG HểA QU TRèNH SN XUT
2. Cấu trúc sơ bộ hệ thống sản xuất tự động:
Một hệ thống sản xuất tự động đ-ợc cấu thành từ một hay nhiều hệ con trong đó bao
gồm cả con ng-ời. Cấu trúc của hệ thống sản xuất tự động đ-ợc trình bày nh- hình 4.Tất
cả các hệ thống tự động hoá quá trình sản xuất đều đ-ợc xây dựng trên hai cơ sở:
- Có ng-ời phục vụ, thao tác, điều phối (vận hành, điều phối)
- Bảo đảm thông tin, bảo đảm kỹ thuật, bảo đảm ch-ơng trình.

Tổ chức quản lý

Vận hành,
điều phối

Con ng-ời
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 đ-ợc thực hiện nhờ quá trình truyền tin. Với những hệ
thống càng lớn, l-ợng thông tin trao đổi giữa ng-ời và máy càng nhiều, nếu không dùng
máy móc hỗ trợ, sẽ cần một lực l-ợng đông đảo nhân lực để ghi nhận. Cách làm này tốn
thời gian và cũng rất dễ gây ra nhầm lẫn. Ngày nay ng-ời ta th-ờng 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 th-ờng. Máy tính đặt tại các phân x-ởng 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 đ-ợc xây dựng ở
mức độ tự động hóa rất cao, giảm nhẹ sức lao động trí óc và chân tay của con ng-ời.

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 2


T NG HểA QU TRèNH SN XUT
Trên thực tế, một hệ thống sản xuất tự động th-ờng rất phức tạp, để nghiên cứu nó,
ng-ời 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 th-ờng đ-ợc chia thành 4 cấp nh- sau:
Central Computer
Supervision

Hệ ĐK TĐH QTSX

4

Hệ ĐK TĐH QTCN

3

Computer
Terminal

Hệ ĐKTĐ

2

Controler: PID, PLC,
Micro Processor.

Cơ cấu chấp hành điều khiển

1

Valves, relays, motors,
sensors, Actuators

Hình 4: Cấp độ tự động hóa hệ thống sản xuất tự động
Cấp 1: Là cấp tiếp xúc giữa hệ thống điều khiển và QTCN, ở cấp này sử dụng các
cảm biến, các thiết bị đo dùng để thu nhận các tin tức từ QTCN và 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 ch-ơng trình của con ng-ời đã cài đặt sẵn. Một số thông tin về
QTCN và kết quả của công việc điều khiển sẽ đ-ợc chuyển lên cấp 3. Cấp này th-ờng đặt
các bộ điều khiển t-ơng 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 ng-ời điều khiển thông qua giao diện
Ng-ời-Máy
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 l-ợng lao động, tình hình cung cầu trên thị

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 3


T NG HểA QU TRèNH SN XUT
tr-ờng...Máy tính trung tâm xử lý một khối l-ợng thông tin lớn, đ-a ra các giải pháp tối -u
để ng-ời điều khiển lựa chọn. Ng-ời 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 Ng-ời-Máy nh-ng 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 ng-ời, hạ giá thành
sản phẩm. Các thông tin luôn đ-ợc 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

Điểm đặc tr-ng

đoạn
Cơ khí hoá

Thay thế lao động cơ bắp của con ng-ời

Ví dụ
Máy

tiện,

Băng tải
Tự động hóa Thay thế công việc điều khiển thiết bị của NC, CNC...
từng phần

công nhân bằng máy

Tự động hoá Sản xuất tự động hóa tích hợp có tính đến môi FMS,
ở mức độ cao tr-ờng của từng thành phần riêng biệt

CAD/CAM

Thời điểm
xuất hiện
~1775

1956~1960

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
xuất tích hợp

hoá

1985-nay

hoàn toàn

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, ng-ời lao động tránh đ-ợc những nơi lao động độc hại,
nặng nhọc, công việc có tính lặp đi lặp lại.
- Cho phép đáp ứng c-ờng độ sản suất cao,có thể sản xuất ra các sản phẩm với số
l-ợng lớn.

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 4


T NG HểA QU TRèNH SN XUT
- 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 l-ờng 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 tr-ớc về khả năng giảm chất l-ợng 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 ng-ời vận hành, bảo vệ chống cháy, bảo vệ
an toàn chung, bảo vệ môi tr-ờng.
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 đ-ợc các chức năng của hệ

thống cần thiết kế. Nó đ-ợc 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.
- Đảm bảo toán kỹ thuật của hệ thống SXTĐ cần đảm bảo toán học và đảm bảo
ch-ơng trình:
- Đảm bảo toán học: Tuỳ theo công nghệ mà xác định đ-ợc mô hình toán học mô tả
hệ thống. Dựa vào các mô hình này áp dụng các tính toán của kỹ thuật điều chỉnh để đảm
bảo hệ thống đ-ợc thiết kế thoả mãn một số chỉ tiêu chất l-ợng nào đó đã đề ra. (Trên thực

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 5

T NG HểA QU TRèNH SN XUT
tế, nó đ-ợc 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 -u: quá trình quá độ ngắn nhất (thòi gian t),
Độ quá điều chỉnh nhỏ nhất (OS% ), Sai lệch tĩnh nhỏ nhất, Năng l-ợng tiêu thụ ít nhất,giá
thành rẻ nhất, cấu trúc đơn giản nhất và độ ổn định cao nhất. Th-ờng áp dụng nguyên lý
tính toán tối -u (nguyên lý pontriagin).
- Đảm bảo ch-ơng trình: HT SXTĐ luôn có một algorith điều khiển, đó là tập hợp
lệnh xác định cần thiết cho việc điều khiển. Algorith điều khiển có thể là tổ hợp của các
algorith điều khiển con có quan hệ với nhau, yêu cầu phải đảm bảo Algorith điều khiển
này

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 6


T NG HểA QU TRèNH SN XUT
Ví dụ:

Algorith điều khiển hệ
thống

Algorith điều
khiển quy trình A

Algorith điều
khiển quy trình B

Algorith điều
khiển quy trình C

A1. Xác định
nhiệm vụ điều khiển

B1. Xác định
nhiệm vụ điều khiển

C1. Thu thập số liệu
các quy trình điều
khiển

A2. Xác định các
thiết bị
sử dụng trong hệ
thống

B2. Xác định các thiết
bị
sử dụng trong hệ
thống

C2. Phân tích số liệu
các quy trình
sử dụng trong hệ
thống

A3. Xây dựng sơ đồ
hệ thống điều khiển

B3. Xây dựng sơ đồ

hệ thống điều khiển

C3. Hiển thị số liệu
trên màn hình
hệ thống điều khiển

A4. Xây dựng
ch-ơng trình điều
khiển

B4. Xây dựng
ch-ơng trình điều
khiển

C4. Đ-a ra các tín
hiệu bổ trợ điều
khiển

A5. Ghép nối hệ
thống

B5. Ghép nối hệ
thống

C5. Biên soạn tài
liệu

A6. Biên soạn tài
liệu

B6. Biên soạn tài
liệu

Công nghệ
1

Công nghệ
2

Quản lý,
giám sát

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

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 7


T NG HểA QU TRèNH SN XUT
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

Tuyến tính

Hình tia
Sử dụng
TT

CN3
CN1

CN2

CN2
CN3

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

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 8


T NG HểA QU TRèNH SN XUT
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 ph-ơng tiện truyền thông khác nhau. Lấy lại thông tin và kết hợp với cảnh báo
để ng-ời điều khiển đ-a 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 t-ợng. SCADA thực hiện một số
nhiệm vụ chính sau:
- Thu thập thông tin và giám sát từ xa lên đối t-ợng.
- Điều khiển, điều chỉnh tự động từ xa lên đối t-ợng.
- Thông tin từ xa với các đối t-ợng 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

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 9

T NG HểA QU TRèNH SN XUT
Một máy tính đ-ợc 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 nh-ợc 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 ng-ời ta th-ờng dùng máy tính dự
phòng, tuy nhiên sẽ nâng cao giá thành. Nh-ợc điểm thứ nhất và một phần nh-ợc
điểm thứ hai sẽ đ-ợc 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 Ng-ờiMáy)

Hình 8: Mô hình SCADA của SIEMENS

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 10


T NG HểA QU TRèNH SN XUT
5.3.2 Mô hình DCS
DCS (Distributed Control System) là hệ thống điều khiển phân tán, thực hiện ý t-ởng
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 ph-ơng pháp dùng dây nối và bảng cổ

điển. Bên cạnh cách sử dụng ph-ơng pháp các cụm vào ra tại chỗ và các thiết bị chấp hành
thông minh, ng-ời ta còn đ-a 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 hợp đ-ợc nối với nhau và nối lên
trung tâm điều hànhquá trình qua BUS xử lý.
- 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 đ-ợc nối lên trung tâm thông qua BUS tr-ờng.
Trong thực tế tuỳ theo tính chất ứng dụng và thể loại quá trình kỹ thuật mà cấu trúc trên
có thể đ-ợc đơn giản hoá hoặc mở rộng thêm.

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 11


T NG HểA QU TRèNH SN XUT

Trạm vận hành
OS

Trạm kỹ thuật
ES

BUS hệ
thống

Máy tính
ĐK

Máy tính
ĐK

Máy tính phối hợp

BUS
tr-ờng
Máy tính ĐK

A

S

I/O

A

S

I/O

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 đ-ợc nâng cao đáng kể, nó
làm thay đổi hẳn ph-ơng 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

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 12


T NG HểA QU TRèNH SN XUT
thay đổi phạm vi điều khiển và giám sát không chỉ ở cấp thao tác viên mà còn ở các cấp
điều hành x-ởng, 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 đ-a ra các sản phảm ngày càng -u việt. Do ý t-ởng 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 những chuẩn riêng. Mặc dù những giải pháp công nghệ là khác nhau nh-ng đều có
chung một xu h-ớng là tiện dụng cho ng-ời dùng. Do đó các thiết bị này đều đ-ợc 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.
6.1. Mạng truyền thông của SIEMENS.
Mô hình mạng truyền thông để xây dựng các hệ thống SXTĐ của SIEMENS
có cấu trúc mạng nh- sau:

S7/M7 400

PG

S7 500

PC

Industrial Ethernet
S7/M7 300
S7/M7 300

S7/M7 400

SIMATIC
S5/S7
C7

S5
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
B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 13


T NG HểA QU TRèNH SN XUT
Có ba ph-ơng 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

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 14

T NG HểA QU TRèNH SN XUT
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 ng-ời sử dụng. Tuy nhiên chúng đ-ợc
phân cấp ở các cấp thực hiện xử lý thông tin và điều khiển. OMRON đ-a ra cấu trúc mạng
theo hai chiều ngang và dọc nh- trên hình vẽ

Cấp 4:
Ngành

Cấp 3:
Nhà máy

Factory
Computer

Phân x-ởng

Cấp 2:
Trạm điều
khiển

PL
C
PLC

Boar
d
NBS

PLC

Robot
Controlle
r
Cấp 0:
Thiết bị
I/O

ETHERNET

Host
Compute
r

Mechantroni
c
Components

Area
Comput
er
Boar
d
NBS

PL
C
Mechantroni
c Modules

SYSMAC
NET

Station
Comput
er

SYSMAC
WAY

Control
Component
s

SYSMAC
BUS

Sensor
s

Actuato
rs

Hình 11: Cấu trúc mạng truyền thông OMRON
- 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

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 15


T NG HểA QU TRèNH SN XUT
- 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 đ-ợc ghép nối hệ thống mạng: SYSMAC BUS, SYSMAC WAY,
SYSMAC NET và ETHERNET.
6.2.1. Lớp mạng SYSMAC BUS.
Mạng này đ-ợc truyền theo kiểu BUS, có thể kết nối với các thiết bị thay đổi nhSensor, 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:
- Ph-ơng 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 ph-ơng thức Tokenring. Sử dụng các thiết
bị C200H-SLK21-V1, C200H-SLK11.
Đặc điểm:

- Tốc độ truyền 2Mbps. Đ-ờng 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.

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 16


T NG HểA QU TRèNH SN XUT
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. Đ-ờng 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).

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 17


T NG HểA QU TRèNH SN XUT
Ch-ơng 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 ch-ơng 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 đ-ợc truyền chung trên một đ-ờng cable hai dây.
- Có khả năng truyền bền vững trong môi tr-ờng công nghiệp (đạt tiêu chuẩn IP 67) nh-ng
không đòi hỏi cao về chất l-ợng 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 ph-ơng
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 tr-ớc), trạm tớ trả lời với bức điện có chiều dài 7 bit:
Cấu trúc bức điện:

Lời gọi trạm chủ

Nghe

Trạm tớ trả lời

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

Bit đầu

Địa chỉ trạm tớ

Bit điều khiển

0 S3 S2 S1 S0 P 1

Thông tin trả lời

Bit chẵn lẻ
Thông tin cho trạm tớ Bit cuối

Bit đầu

Bit cuối

Bit chẵn lẻ

Hình 12: Cấu trúc bức điện AS-I
B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 18


T NG HểA QU TRèNH SN XUT
- Các phần tử AS-I slave tích hợp AS-I chip, không sử dụng 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 đ-ợc 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 h-ớng 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.
B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 19


T NG HểA QU TRèNH SN XUT
Trong mô hình trên bao gồm các phần tử:
- Nguồn cung cấp 30V: Nguồn cung cấp này đ-ợc ghép nối trực tiếp vào đ-ờng 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 ng-ời sử dụng có thể
truy nhập vào các I/O Slave (việc này có thể thực
hiện trong ch-ơng 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 đ-ợc 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 đ-ợc ghép
vào giữa hệ thống mạng trực tiếp trên các đ-ờng 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 đ-ợc 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 b-ớc sau:
- Gán địa chỉ cho tất cả các trạm tớ bằng thiết bị đặt địa chỉ PSG

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 20


T NG HểA QU TRèNH SN XUT
Kết nối PSG với
trạm AS-I Slave
1. Bật nguồn PSG
(START)
2. Kích hoạt PSG
(ENTER)
3. Chọn Master (F3)
4. Chọn chế độ hoạt
VD: Trạm Slave
động Single
có địa chỉ là 2
operation (F1)
5. Chọn New address
(F1)

6. Kích hoạt AS-I
address (ENTER).
7. Nhập địa chỉ trạm
AS-I slave (ví dụ là
2)
8. Xác nhận địa chỉ
(ENTER)
9. Về menu chính (2x
- Sử dụng cable nối để nối tất cả các trạm AS-I Slave, AS-I Master,
Nguồn cung cấp
ESC)
10.Tắt nguồn PSG
30V, Repeater (nếu có) tạo thành hệ thống mạng
- Nếu sử dụng thêm nguôn nuôi phụ, cần sử dụng cable nối khác màu (để dễ phân biệt
ng-ời ta th-ờng chọn cable này có màu đen, trong khi cable truyền dữ liệu có màu
vàng)
- Kết nối tất cả các cảm biến và cơ cấu chấp hành vào trạm AS-I Slave
- Nh- vậy đ-ờng 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 đ-ợc bảo vệ bằng cách nhấn nút SET trên module
này, nó sẽ l-u 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.

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 21

T NG HểA QU TRèNH SN XUT
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, ch-ơng trình điều khiển sẽ phụ thuộc vào quá trình công nghệ, ở
đây không tập trung vào h-ớng 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
t-ợng này.

Tạo một Project mới:

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 22


TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT

§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:

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ - ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

Page 23

T NG HểA QU TRèNH SN XUT
->Insert -> Station -> SIMATIC 300-Station

Sau đó kích đúp chuột vào biểu t-ợng 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

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 24


T NG HểA QU TRèNH SN XUT

Mở cửa sổ Hardware catalog bằng cách kích vào biểu t-ợng
config. Lúc này bạn có thể nhìn thấy rất nhiều th- mục bao gồm

trên cửa sổ HW
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.

B MễN C IN T - I HC SPKT HNG YấN

Page 25