Lập trình và điểu khiển hệ thống trộn qua mạng ethernet bằng PLC

CHƯƠNG I ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 Lý do chọn đề tài
Trong những thập niên gần đây, các thiết bị điện - điện tử đặt biệt là PLC được
ứng dụng rộng rãi trên khắp thế giới. Sự đa dạng và phát triển của ngành này không
ngừng biến đổi. Nó đảm bảo hiệu suất trong công việc và độ tin cậy cao cho người
sử dụng.
Song song đó, việc ứng dụng PLC và Scada để điều khiển, giám sát hệ thống
trong sản xuất được xúc tiến và ngày càng phổ biến trong các nhà máy sản xuất hiện
nay. Điều này giúp người sử dụng, quản lý và điều khiển thiết bị một cách dễ dàng
và tiện lợi.
Chính vì những lý do trên chúng em chọn đề tài:
“Lập trình và điểu khiển hệ thống trộn qua mạng Ethernet bằng PLC ”
Đề tài sẽ giúp thuận lợi hơn trong việc giám sát và điều khiển hệ thống (bộ
thực hành trạm trộn điều khiển bằng PLC) thông qua mạng truyền thông công
nghiệp và phần mềm Scada CX-Supervisor.

1.2 Mục tiêu nghiên cứu
1.2.1 Mục tiêu chung
Tìm hiểu cấu trúc hoạt động của PLC và hệ thống mạng truyền thông trong
công nghiệp để điều khiển một dây chuyền sản xuất tự động cụ thể là “Bộ thực
hành trạm trộn điều khiển bằng PLC” của trường Đại học Trà Vinh. Qua đó có
thể nghiên cứu các hệ thống tự động khác trong công nghiệp có sự điều khiển giám
sát qua mạng truyền thông.

1.2.2 Mục tiêu cụ thể
 Tìm hiểu biến tần 3G3JX Omron
 Tìm hiểu điều khiển hệ thống qua mạng Ethernet.
 Truyền thông 2 PLC CP1E-N30DR-A qua cổng RS-232.
 Điều khiển biến tần 3G3JX qua cổng truyền thông RS-485.
 Tìm hiểu và viết giao diện điều khiển và giám sát bằng phần mềm Scada CXSupervisor.

 Viết chương trình điều khiển hệ thống bằng phần mềm CX-Programmer.
 Kết nối giao tiếp giữa giao diện và hệ thống.


Chạy hệ thống “trạm trộn điều khiển bằng PLC”.

1.3 Phạm vi nghiên cứu
1.3.1 Không gian
Khoa Kỹ Thuật Công Nghệ Trường Đại Học Trà Vinh.

1.3.2 Thời gian thực hiện
Thời gian thực hiện đồ án 05/12/2011 đến 25/02/2012.

1.3.3 Đối tượng nghiên cứu
 Bộ thực hành trạm trộn điều khiển bằng PLC của trường Đại học Trà Vinh.
 Mạng truyền thông công nghiệp (Ethernet).
 Điều khiển biến tần ( Modbus_RTU).

1.4 Phương pháp nghiên cứu
 Phương pháp quan sát thu thập dữ liệu.
 Phương pháp tìm hiểu trực tiếp hệ thống trộn điều khiển bằng PLC của
trường Đại học Trà Vinh.

1.5 Hướng thực hiện đề tài


Ấn định sản xuất khối lượng được người sử dụng nhập từ giao diện.



Sử dụng giao diện để người sử dụng lựa chọn số sản phẩm, khối lượng và tỷ
lệ theo mong muốn.



Hiển thị điện áp, tần số, dòng điện.



Sử dụng các bộ timer để tính thời gian trộn và xả sản phẩm.



Thông qua PLC để tác động đóng mở các van cấp nguyên vật liệu, máy bơm
và điều khiển động cơ khuấy trộn.



Vẽ giao diện mô hình và bảng điều khiển để dễ dàng giám sát và điều khiển.



Kết nối giữa giao diện và chương trình PLC thông qua MODBUS.



Thi công mô hình và điều khiển mô hình hoàn toàn hoạt động.

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Hệ thống điều khiển là gì ? [1]
Tổng quát, một hệ thống điều khiển là tập hợp những dụng cụ, thiết bị điện tử,
được dùng ở những hệ thống cần đảm bảo tính ổn định, sự chính xác, sự chuyển đổi
nhịp nhàng của một quy trình hoặc một hoạt động sản xuất. Nó thực hiện bất cứ yêu
cầu nào của dụng cụ, từ cung cấp năng lựơng đến một thiết bị bán dẫn. Với thành
quả của sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thì việc điều khiển những hệ
thống phức tạp sẽ được thực hiện bởi một hệ thống điều khiển tự động hóa hoàn
toàn, đó là PLC, nó được sử dụng kết hợp với máy tính chủ.
Ngoài ra, nó còn giao diện để kết nối với các thiết bị khác (như là: bảng điều
khiển, động cơ, contact, cuộn dây, ….). Khả năng chuyển giao mạng của PLC có
thể cho phép chúng phối hợp xử lý, điều khiển những hệ thống lớn. Ngoài ra, nó
còn thể hiện sự linh hoạt cao trong việc phân loại các hệ thống điều khiển. Mỗi một
bộ phận trong hệ thống điều khiển đóng một vai trò rất quan trọng.

Hình 2.1 Tổng quan hệ thống điều khiển

Từ hình 2.1 ta thấy: PLC sẽ không nhận biết được điều gì nếu nó không được
kết nối với các thiết bị cảm ứng. Nó cũng không cho phép bất kỳ các máy móc nào
hoạt động nếu ngõ ra của PLC không được kết nối với động cơ. Và tất nhiên, vùng
máy chủ phải là nơi liên kết các hoạt động của một vùng sản xuất riêng biệt.

2.2 Mạng truyền thông công nghiệp là gì ? [2]
Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp là một khái niệm chung
chỉ các hệ thống thông số, truyền bít nối tiếp, được sử dụng để ghép nối các thiết bị
công nghiệp. Các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp phổ biến hiện nay cho
phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau, từ các cảm biến, thiết bị quan sát, máy
tính điều khiển giám sát và các máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty.

Mạng truyền thông công nghiệp thực chất là một dạng đặc biệt của mạng máy
tính, có thể so sánh với mạng máy tính thông thường ở các điểm giống nhau và khác
nhau như sau:


 Trong nhiều trường hợp, mạng máy tính sử dụng trong công nghiệp được coi
là một phần (ở các cấp điều khiển giám sát, điều hành sản xuất và quản lý công ty)
trong mô hình phân cáp của mạng công nghiệp.
Đối với hệ thống truyền thông công nghiệp, đặc biệt là ở các cấp dưới thì các
yêu cầu về tính năng thời gian thực, khả năng thực hiện đơn giản, giá thành hạ lại
được đặt ra hàng đầu.

Hình 2.2 Mô hình phân cấp trong mạng truyền thông công nghiệp.

2.3 Giao thức truyền thông [2]
Một giao diện mạng bao gồm các thành phần xử lý giao thức truyền thông
(phần cứng và phần mềm) và các thành phần thích ứng cho thiết bị được nối mạng.








Tầng ứng dụng (Application layer)
Tầng trình diễn (Presentation layer)
Tầng phiên (Session layer)
Tầng giao vận (Transport Layer)
Tầng mạng (Network Layer)

Tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer)
Tầng vật lí (Physical Layer)

Giao thức giao tiếp hay còn gọi là Giao thức truyền thông, Giao thức liên mạng,
Giao thức tương tác, Giao thức trao đổi thông tin (tiếng Anh là communication
protocol) - trong công nghệ thông tin gọi tắt là giao thức (protocol), tuy nhiên, tránh
nhầm với giao thức trong các ngành khác - là một tập hợp các quy tắc chuẩn dành
cho việc biểu diễn dữ liệu, phát tín hiệu, chứng thực và phát hiện lỗi dữ liệu - những
việc cần thiết để gửi thông tin qua các kênh truyền thông, nhờ đó mà các máy tính
(và các thiết bị) có thể kết nối và trao đổi thông tin với nhau. Các giao thức truyền
thông dành cho truyền thông tín hiệu số trong mạng máy tính có nhiều tính năng để
đảm bảo việc trao đổi dữ liệu một cách đáng tin cậy qua một kênh truyền thông
không hoàn hảo.
Có nhiều giao thức được sử dụng để giao tiếp hoặc truyền đạt thông tin trên
Internet, dưới đây là một số các giao thức tiêu biểu:


 TCP (Transmission Control Protocol): thiết lập kết nối giữa các máy tính để
truyền dữ liệu. Nó chia nhỏ dữ liệu ra thành những gói (packet) và đảm bảo việc
truyền dữ liệu thành công.
 IP (Internet Protocol): định tuyến (router) các gói dữ liệu khi chúng được
truyền qua Internet, đảm bảo dữ liệu sẽ đến đúng nơi cần nhận.
 HTTP (HyperText Transfer Protocol): cho phép trao đổi thông tin (chủ yếu ở
dạng siêu văn bản) qua Internet.
 FTP (File Transfer Protocol): cho phép trao đổi tập tin qua Internet.
 WAP (Wireless Application Protocol): cho phép trao đổi thông tin giữa các
thiết bị không dây, như điện thoại di động.

2.4 SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)[3]
Có thể hiểu SCADA là hệ thống dùng trong các ứng dụng điều khiển quá

trình công nghiệp hóa chất, truyền tải điện năng. Nó dựa trên 1 máy tính xử lý trung
tâm (máy chủ), dữ liệu thu thập từ các cảm biến đặt tại các phân xưởng, các tòa
nhà,.. hay các trạm từ xa được gửi về máy tính trung tâm để quản lý và điều khiển.
Trong hệ SCADA về nguyên tắc sẽ có 2 loại thiết bị : MTU (Master Terminal Unit)
và RTU (Remote Terminal).
Thông thường MTU đặt ở trung tâm, nó có thể là máy tính với phần cứng và
phần mềm chuyên dụng nhận dữ liệu quá trình từ các trạm ở xa, hoặc nó có thể là
một thiết bị Master (một dạng Controller) làm nhiệm vụ thu thập dữ liệu và điều
khiển có phần truyền thông với máy tính chủ.
Các cảm biến hay cơ cấu chấp hành trong hệ thống mạng công nghiệp nói
chung và trong các hệ thống SCADA sẽ được ghép nối với RTU hay PLC để thực
hiện một quá trình điều khiển theo một thuật toán nhất định. Đồng thời dữ liệu thu
thập được (dạng số) sẽ được truyền về trung tâm theo hệ thống mạng truyền thông.
Các MTU nhận dữ liệu từ RTU, đồng thời đóng vai trò gửi các tham số, các
lệnh điều khiển (với số lượng hạn chế) từ máy tính chủ tới RTU để điều khiển các
cơ cấu chấp hành.


CHƯƠNG 3

PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRẠM

TRỘN ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC
3.1 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống

 Bộ nguồn: cấp nguồn điện điều khiển cho CPU và tất cả các bộ phận để đảm
bảo cho hệ thống hoạt động.
 Bộ Điều Khiển 1, 2: là bộ xử lý PLC, liên kết với các thành phần của hệ

thống, xử lý tín hiệu nhập xuất và đưa ra tín hiệu điều khiển điến cơ cấu chấp
hành. Xuất tín hiệu đến phần giao diện và ngược lại.
 Cơ cấu chấp hành: nhận tín hiệu từ bộ điều khiển tham gia trực tiếp trong
quá trình hoạt động.
 Giao diện: điều khiển và hiển thị tín hiệu thu nhận được từ bộ xử lý.
 Bộ phận cảm biến: thu thập tín hiệu từ hệ thống và gửi tín hiệu về bộ điều
khiển.


3.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống

Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống

Máy tính được nối vào Hub và trên máy tính có giao diện điều khiển và giám
sát hệ thống hoạt động.
PLC - Chủ ta nối vào Hub cùng với máy tính điều khiển qua cổng Ethernet
Option Board CP1W-CIF41. Dùng để nhận tín hiệu từ PLC – Hệ thống và truyền
tín hiệu điều khiển từ Scada.
PLC - Chủ và PLC – Hệ thống được nối mạng với nhau thông qua cổng
Built-In RS232.
Các ngõ vào ra của PLC – Hệ thống dùng để điều khiển các thiết bị của hệ
thống trạm trộn điều khiển bằng PLC. Cổng Option Board CP1W-CIF11 dùng để
điều khiển biến tần 3G3JX.


3.3 Giao diện giám sát và điều khiển

Hình 3.3 Giao diện giám sát và điều khiển

Chức năng các nút điều khiển:

3.4 Nguyên lý hoạt động hệ thống trộn
Các quá trình bơm nước vào bể chứa dữ trữ được thực hiện một cách tự động.
- Cài đặt tần số cho động cơ khuấy và động cơ băng tải, số lượng chai cần
sản xuất.
- Cài đặt giá trị tỉ lệ cần trộn cho bồn 1 và bồn 2.
- Khi van 1 mở, nguyên liệu sẽ được đổ vào bồn 1 đúng như tỉ lệ đã đặt.
- Khi van 2 mở, nguyên liệu sẽ được đổ vào bồn 2 đúng như tỉ lệ đã đặt.
Nguyên liệu của 2 bồn được khống chế nhờ vào cảm biến mức C2 và C1. Hai
cảm biến này sẽ báo cho biết mức max, min của nguyên liệu, dùng để khống chế
chống tràn cho 2 bồn.
- Van 3 mở nguyên liệu sẽ đổ vào bồn 3.
- Van 4 mở nguyên liệu sẽ đổ vào bồn 3.
Nguyên liệu từ 2 bồn này sẽ được đổ vào bồn 3 để tiến hành trộn.
Motor khuấy sẽ quay khi nguyên liệu từ bồn 2 bắt đầu đổ vào bồn 3. Khi
nguyên liệu từ bồn 2 hết thì motor khuấy sẽ khuấy thêm 1 phút nữa rồi dừng.


Sau khi trộn xong tiến hành rót nguyên liệu vào phôi.
Motor băng chuyền hoạt động nếu cảm biến phôi B4 phát hiện, pittong 3 sẽ
đẩy phôi ra băng chuyền, pittong 2 nhờ vào cảm biến B3 sẽ chặn phôi lại ( nếu Van
5 đang rót nguyên liệu vào phôi) sau khi rót xong pittong 2 sẽ lùi để phôi đi qua.
Pittong 1 nhờ vào cảm biến B2 sẽ chặn phôi để rót nguyên liệu vào, thời gian rót sẽ
được đặt trước bằng timer trong PLC.
Cảm biến B1 tác dụng phát hiện sản phẩm bị dồn, và thực hiện dừng rót tạm
thời khi có sản phẩm dồn. Dùng để đếm số lượng sản phẩm.
Sau khi nguyên liệu bồn 3 cạn thì van 5 đóng.
Sau 30 giây quá trình rót trộn và chiết rót được thực hiện lại.

3.5 Giới thiệu thiết bị hệ thống
3.5.1 PLC Omron CP1E [4]
3.5.1.1 Thông số kĩ thuật CP1E-N30DR-A
Các đặc tính của CP1E-N30DR-A có thể tổng kết như dưới đây:
 AC100-240Nguồn cấp: 100-240VAC
 Ngõ vào/ra: 18-DC input/12-Relay output.
 Bộ nhớ chương trình: 8Ksteps (EEPROM)
 Vùng nhớ dữ liệu DM: 8Kwords
 Số lượng timers / counters: 256
 Tốc độ xử lý: Lệnh cơ bản (LD): 1.19µs min, Lệnh cao cấp (Mov): 7.90µs
min.
 Ngõ vào tốc độ cao: Incremental: 100 kHz x 6counters; Up/down: 100kHz x
2 counters, Pulse + Direction input: 100kHz x 2counters, Differential phase
input: 50 kHz x 1counter, 5 kHz x 1counter.
 Ngõ vào interrupt: 6 inputs (độ rộng xung 50µs min).
 Ngõ vào tác động nhanh: 6 inputs (độ rộng xung 50µs min).
 Ngõ ra xung (transistor output): Pulse + Direction Mode, 1Hz ~ 100 kHz: 2
outputs. Continuous mode (điều khiển tốc độ), Independent mode (điều
khiển vị trí).
 Trang bị sẵn cổng USB 2.0 kết nối máy tính.


 Có thể mở rộng thêm cổng truyền thông RS232C hoặc RS422/RS485.
 Giao thức truyền thông: Host Link; 1:N NT Link; No-protocol mode; Serial
PLC Link Slave, Serial PLC Link Master; Modbus-RTU Easy Master.
 Trang bị đồng hồ thực (lock).
 Tiêu chuẩn: EC, EMC (zone B), JIS.
3.5.1.2 Cấu trúc PLC CP1E-N30DR-A

Hình 3.4 PLC CP1E của hãng Omron

Cấu tạo chung của 1 bộ PLC gồm những phần như sau:
Cấu trúc phần cứng của PLC CP1E đều có các bộ phận sau: bộ xử lý, bộ nhớ,
bộ nhập, xuất.

Hình 3.5 Cấu trúc PLC CP1E

 Bộ vị xử lý trung tâm (CPU): Là thành phần quan trọng nhất của PLC là bộ vi

xử lý, liên kết với các hoạt động của hệ thống PLC, thực hiện chương trình, xử
lý tín hiệu nhập xuất và thông tin liên lạc với các thiết bị bên ngoài.
 Bộ nhớ (Memory): Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau. Đây là nơi lưu giữ trạng

thái hoạt động của hệ thống và bộ nhớ của người sử dụng. Để đảm bảo cho PLC
hoạt động , phải cần có bộ nhớ để lưu trữ chương trình.
 Input Area: Các tín hiệu nhận vào từ các thiết bị đầu vào bên ngoài (Input

Devices) sẽ được lưu trong vùng nhớ này.


 Output Area : Các lệnh điều khiển đầu ra sẽ được lưu tạm trong vùng nhớ
này. Các mạch điện tử trong PLC sẽ xử lý lệnh và đưa ra tín hiêu điều khiển
thiết bị ngoài (Out Devices).
 Power Supply: thành phần cấp nguồn điện điều khiển cho CPU và tất cả các
Module chức năng, ngoài ra nó cũng cung cấp các nguồn cho thiết bị ngoại vi,
chủ yếu là loại nguồn 24V.

3.5.2 Biến tần 3G3JX [5]
Biến Tần là thiết bị dùng để chuyển đổi điện áp hoặc dòng điện xoay chiều
ở đầu vào từ một tần số này thành điện áp hoặc dòng điện có một tần số khác ở đấu

ra. Bộ Biến Tần thường được sử dụng để điều khiển vận tốc động cơ xoay chiều
theo phương pháp điều khiển tần số, theo đó tần số của lưới nguồn sẽ thay đổi thành
tần số biến thiên.

3G3JX

Đặc tính
Công suất

0.4 0kW
3 pha 200VAC

Cấp điện áp

1 pha 200VAC
3 pha 400VAC

Tần số điều khiển

0.5 - 400 Hz

Phân giải tần số

0.1 Hz

Phương pháp điều khiển

Điều rộng xung sóng sin (Điều khiển V/f)

Tần số sóng mang

2 - 12 kHz

Chức năng bảo vệ

Bảo vệ quá dòng tức thời, bảo vệ quá tải,
quá áp,thấp áp; làm mát; bảo vệ nối đất;…

Cấp bảo vệ

IP20

Bảng 3.1 Thông số kĩ thuật biến tần 3G3JX

Hình 3.6 Biến tần 3G3JX


3.5.2.1 Cấu trúc phần cứng biến tần 3G3JX
Hình 3.7 Cấu trúc biến tần 3G3JX

 Main circuit terminal block (input side): tín hiệu thiết bị đầu vào.
 Communications connector: cổng kết nối truyền thông.
 Relay output terminal block: Rơle tín hiệu ngõ ra.
 Control circuit terminal block: Mạch tín hiệu điều khiển.
 Main circuit terminal block (output side): tín hiệu đầu ra.
 S7: OPE/485 chọn cổng truyền thông (mặc định = OPE).
 S8: chức năng ngắt khẩn cấp (mặc định = OFF).

3.5.2.2 Sơ đồ nối dây của Biến Tần
Sơ đồ kết nối tiêu chuẩn

Hình 3.8 Sơ đồ kết nối tiêu chuẩn của biến tần 3G3JX

Kết nối một pha đầu vào 200VAC đến đầu cực L1 và N/L3. Theo mặc định,
MA được đặt là tiếp điểm thường đóng và MB là tiếp điểm thường mở trong ngõ
ra của relay (MA, MB) được chọn (C036).
Nối dây cung cấp cho nguồn và động cơ

Hình 3.9 Sơ đồ cung cấp nguồn động cơ

Không được nối nguồn cung cấp khác tới R/L1, S/L2, hoặc T/L3. Không được
di chuyển thanh ngắn mạch giữa P/+2 và +1, ngoại trừ khi có một nguồn DC tùy ý
được nối vào.


3.5.2.3 Vận hành
 Cấp nguồn cho biến tần.
 Đấu dây cho tải.
 Đấu dây cho các ngõ vào, ra của biến tần nếu sử dụng phương pháp tiếp
điểm và đấu dây.
 Cài đặt điện áp, dòng điện, tần số ngõ vào, ra.
 Cài đặt các thông số cơ bản cần thiết.
 Cài đặt kiểu điều khiển.
 Cài đặt chế độ giám sát.
 Nhấn Run để chương trình hoạt động.
 Khi có sự cố hay muốn dừng thì nhấn Stop/Reset.

Để biết thêm thống số cài đặt cũng như cách điều khiển biến tần 3G3JX thì tham
khảo thêm ở phần phụ lục A.

3.5.3 Ethernet Option Board CP1W-CIF41[6]
Ethernet Option Board cung cấp các câu lệnh tiếp nhận bởi tiêu chuẩn giao
thức FINS Omron. Giao diện mạng Ethernet cho phép ta dễ dàng kết nối với bộ
điều khiển lập trình và upload/ download chương trình, giao tiếp giữa các bộ điều
khiển (không hỗ trợ thời gian thực quét I/O trên Ethernet Option Board ).
Sử dụng cổng này để kết nối PLC – Chủ thông qua mạng Ethernet với máy
tính. Để thực hiện việc điều khiển và giám sát hệ thống hoạt động.

Hình 3.10 Ethernet Option Board CP1W-CIF41

3.5.3.1 Số hiệu chi tiết

Nhãn :

Địa chỉ IP và Subnet Mask

Kết nối Ethernet: sử dụng cáp Ethernet twisted-pair

Đèn báo LED

Thể hiện trạng thái điều khiển Option Board


Đèn báo

Màu

COMM

Vàng

ERR

Đỏ

Trạng thái
Không sáng
Sáng chớp
Không sáng
Sáng
Sáng chớp

Ý nghĩa
Không gửi hoặc nhận tín hiệu
Gửi hoặc nhận tín hiệu
Bình thường
Lỗi nghiêm trọng xảy ra
Không có lỗi xảy ra

Bảng 3.2 Trạng thái hoạt động của Ethernet Option Board

3.5.3.2 Cấu hình của Ethernet Option Board CP1W-CIF41

Cấu hình cơ bản cho một hệ thống Ethernet 100Base-TX bao gồm một Hub mà
các node được gắn dưới hình thức dấu sao bằng cách sử dụng cáp xoắn đôi. Các
thiết bị được hiển thị trong bảng sau đây để cấu hình mạng 100Base-TX loại
CP1W-CIF41.

Thiết bị mạng
Ethernet Option Board

(CP1W-CIF41)

Nội dung
Ethernet Option Board là một bộ truyền
thông kết nối dòng PLC CP1E hoặc
CP1H với mạng Etherner 100Base-TX
Đây là cáp xoắn đôi để kết nối Etherner

Twisted-pair cable

Option Board loại 100Base-TX

đến

Hub, với modul kết nối RJ45 tại mỗi
đầu.

Hub

Đây là một thiết bị relay để kết nối nhiều
node trong một mạng Lan
Bảng 3.3 Cấu hình Ethernet Option Board CP1W-CIF41


3.5.3.3 Thông số kĩ thuật

Item (hạng mục)

Đặc điểm kĩ thuật

Model number

CP1W-CIF41

Type

100/10Base-TX (Auto-MDIX)

Áp dụng PLC

CP1E, CP1L và CP1H

Unit classification

CP1 option port unit

Mounting location

CP1E, CP1L and CP1H micro PLC option port

Number of Units that can be

1 set. (each type of CP1L and CP1H PLC can

mounted

only mount 1 set Ethernet Option Board)

Size of Buffers

8k bytes

Media access method

CSMA/CD

Modulation method

Baseband

Transmission paths

Star form

Baud rate

00 Mbit/s (100Base-TX)

10 Mbit/s (10Base-T)

• Half/full auto-negotiation for each port
• Link speed auto-sensing for each port
•Unshielded twisted-pair • Unshielded twisted(UDP) cable Categories: pair (UDP) cable
5, 5e
Transfer

Transmission media

Categories: 3,4, 5, 5e

• Shielded twisted-pair • Shieldedtwisted(STP) cable Categories: pair (STP) cable
100Ω at 5, 5e

Categories: 100Ω at
3, 4, 5, 5e

Transmission Distance

100 m (distance between hub and node)

Current consumption (Unit)

130 mA max. at 5 V DC

Vibration resistance

Conforms to JIS 0040.
10 to 57Hz: 0.075-mm amplitude, 57 to 150 Hz:
acceleration 9.8 m/s2 in X, Y, and Z
directions for 80 minutes each (sweep time: 8
minutes×10 sweeps = 80 minutes)

Shock resistance

Conforms to JIS 0041


147m/s2, 3 times each in X, Y, and Z directions
Ambient operating temperature

0 to 55°C

Ambient humidity

10% to 90% (with no condensation)

Atmosphere

Must be free of corrosive gas.

Ambient storage temperature

-20 to 75°C

Weight

-20 to 75°C

Dimensions

36.4×36.4×28.2 mm (W×H×D)

Bảng 3.4 Thông số kĩ thuật của Ethernet Otion Board CP1W-CIF41

Chú ý: Nếu 2 Ethernet Otion Board CP1W-CIF41 được thiết lập trong hệ thống
CP1L/H, thì CP1W-CIF41 thiết lập trên khe Option Board 1 sẽ bị bất thường và đèn
báo lỗi sẽ bật lên, CP1W-CIF41 trên khe Option Board 2 sẽ hoạt động bình thường.

3.5.4 Cảm biến mức [7]
Cảm biến mức dùng để hợp cho kiểm tra mức của bất kỳ chất lỏng dẫn điện

nào. Thích hợp cho hệ thống bơm tự động cấp thoát nước hay dung dịch. Có bộ
chống xung và chống sét cảm ứng. Độ bền, độ tin cậy cao, tránh được các nhược
điểm của hệ phao cơ học.

Hình 3.11 Cảm biến mức

Có nhiều loại dùng cho nhiều ứng dụng: loại truyền xa (61F-G_L), loại có độ
nhạy cao (61F-G_H), loại có tín hiệu cảnh báo (61F-1/2/3_), chống bơm chạy
không tải (61F-G1), điều khiển 2 bơm chạy so le (61F-G_ + 61F-APN_).
Đầu đo là các thanh kim loại (electrodes) bằng thép không rỉ, hoặc hợp kim, titan

dùng cho chất lỏng ăn mòn.
Một bộ tiếp điểm rơle đầu ra (số lượng tuỳ loại): 5A, 250VAC - Chỉ thị: đèn
LED. Nguồn: 110/220 hoặc 120/240 VAC.


3.5.4.1Thông số kĩ thuật

Model

Loại thông dụng

Loại độ nhạy cao

61F-GP-N

61F-GP-ND

Các nguyên liệu điều Cho điều khiển nước

Cho điều khiển chất lỏng với

khiển và các điều

sạch và nước thải thông

điện trở cao như nước được

kiện hoạt động

thường

chưng cất

Điện áp cung cấp

100,110,120,200,220,230 hoặc 240 VAC; 50/60Hz.

Dải điện áp hoạt

85% tới 110% của điện áp định mức.

động
Điện áp bên trong

8 VAC

24 VAC

điện cực

Dòng điện giữa các

Tối đa khoảng 1 mA AC.

điện cực
Công suất tiêu thụ

Tối đa khoảng 3,2 VA (một mô đun)

điện
Trở kháng đóng giữa 0 tới khoảng 4kΩ

Khoảng 15kΩ tới 70kΩ

các điện cực
Trở kháng mở giữa

Khoảng 15k tới ∞ Ω

Khoảng 300k tới ∞ Ω

Độ dài cáp

Tối đa 50 m

Tối đa 50 m

Đầu ra điều khiển

2 A, 220 VAC (tải cảm ứng : cosφ = 0,4)

các điện cực

5 A, 220 VAC (tải cưỡng lại)
Nhiệt độ môi trường

Hoạt động -10oC tới 55oC (-10oC tới 70oC cho 61F – T)

Độ ẩm môi trường

Hoạt động : 45% tới 85% RH

Trở kháng cách điện

Tối thiểu 100MΩ (ở 500 VDC)

Cường độđiện môi

2000 VAC, 50/60 Hz cho 1 phút.

Tuổi thọ dự tính

Điện : tối thiểu 500.000 lần hoạt động
Cơ : tối thiểu 5.000.000 lần hoạt động.
Bảng 3.5 Thông số kĩ thuật cảm biến mức


3.5.4.2 Nguyên lý hoạt động
Không như loại kiểm tra mức thông thường sử dụng phao nổi, điều khiển mức
61F sử dụng điện cực để nhận biết mức chất lỏng dẫn điện. Hình ảnh dưới đây mô

tả nguyên lý hoạt động đơn giản này.

Bơm thường được nối thông qua một contactor, tới các tiếp điểm đầu ra của
bộ điều khiển. Bộ điểu khiển mức tự động chạy máy bơm, để điều khiển mức chất
lỏng trong thùng.
Tuy nhiên, trong thực tế, chỉ với 2 điện cực, gợn sóng trên bề mặt của chất
lỏng làm cho bộ điều khiển khởi động thất thường làm ngắn tuổi thọ của máy bơm.
Giải quyết vấn đề này bằng cách cho thêm một điện cực khác để tạo một
mạch tự giữ. Điện cực thêm vào, E2, được nối song song với E1.
Như đã chỉ ra trong hình trên, khi rơ le mạch giữ hoạt động tiếp điểm a2
thường mở đóng lại. Mạch điện được tạo thành qua chất lỏng và các điện cực và
được duy trì bởi E2 và E3, thậm chí khi mức chất lỏng xuống dưới E1, tiếp điểm a2
vẫn đóng.
Khi mức chất lỏng xuống dưới E2, mạch tạo ra qua điện cực hở, rơ le X không
hoạt động, vì thế tiếp điểm thường đóng của rơ le X đóng lại.

3.5.5 Van điện từ [8]

Hình 3.12 Van điện từ JELPC 2W-160-15

Thông số kỹ thuật.
o Điện áp điều khiển 220VAC 50Hz
o Đường kính ống 21mm
o Nhiệt độ môi trường làm việc từ 5đến 800C


o Áp suất chịu được tối đa 7kg/cm2
o Khối lượng 850 gram
o Kích thước (Dài x Rộng x Cao, mm) 120 x 80 x 60

3.5.6 Cảm biến quang [9]
Cảm biến quang Fotek CDR-30X là loại cảm biến quang phát hiện vật thể
bằng kim loại hoặc phi kim.

Hình 3.13 Cảm biến quang Fotek CDR-30X

Đặc điểm chính
 Nguồn cung cấp 10-30VDC / DC.
 Dùng phát hiện nhiều loại vật thể.
 Khoảng cách phát hiện nhỏ hoặc bằng 30cm.
 Ngõ ra NPN và PNP NO.

Model

CDR-10X CDR-30X

Trạng thái ngõ ra

NO

Hướng phát hiện

Ngang

Khoảng cách phát hiện 10cm

CDR-10X-V

CDR-30X-V

Dọc
30cm

Điện thế hoạt động

10~30VDC

Dòng điện

25mA max.

Ngõ ra

NPN & PNP 150mA max

Độ nhạy

270°C Trimmer

10cm

30cm

Bảng 3.6 Một số model cảm biến quang

3.6 Giao tiếp truyền thông (Communications) [10]
3.6.1 Giao tiếp truyền thông PLC Omron
Có rất nhiều chuẩn giao tiếp truyền thông giữa các PLC với nhau như :
 Programmable Terminals.
 No-protocol Communications.

 Serial PLC Links.
 Modbus-RTU protocol.
 Host Link.
Do yêu cầu của thiết bị trong hệ thống trạm trộn điều khiển nên em sử dụng kiểu
Serial PLC Links 1:n Link.
Phương thức giao tiếp truyền thông giữa các PLC, cách kết nối giữa các PLC
được trình bày rõ hơn ở phần phụ lục B.

3.6.2 Modbus-RTU điều khiển biến tần 3G3JX
Không cần lập trình truyền thông truyền và nhận dữ liệu với biến tần được
thực thi rất dễ dàng. Chỉ cần ghi địa chỉ, mã lệnh, và dữ liệu trong vùng nhớ DM.
Đặc bật các bit chức năng lên ON (A640.00 cho port 1, A641.00 port 2).
Các phương pháp kết nối PLC với biến tần, cài đặt các thông số truyền thông
trên PLC, cài đặt biến tần, cấu trúc dữ liệu truyền, cách điều khiển biến tần được
trình bày ở phần phụ lục C.

3.7 Mạng truyền thông Ethernet [10]
3.7.1 Khái niệm
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. Khi xảy ra xung đột trên mạng thì ngừng ngay lại và quá trình gửi điện tín
được thực hiện lại sau một thời gian nhất định.
Tất cả các trạm trên mạng (network station) chia nhau tổng băng thông của
mạng. Băng thông này có thể là 10Mbps (megibit per second = megabit/giây),
100Mbps hoặc 1000Mbps. Ngày nay, công nghệ mạng Ethernet có thể sử dụng
Switch hay Hub. Ethernet thường được sử dụng nhất là công nghệ sử dụng cáp đôi
xoắn 10-Mbps. Công nghệ truyền thông 10-Mbps sử dụng hệ thống cáp xoắn đôi.

Tốc độ chuẩn cho hệ thống Ethernet hiện nay là 100-Mbps.


3.7.2 Đặc điểm mạng truyền thông Ethernet
Mạng Ethernet công nghiệp sử dụng thủ tục truyền thông OIS và TCP/IP
(Transmission Control Protocol / Internet Protocol). Theo phương pháp thâm nhập
đường dẫn đã chọn CSMA/CD thì các thành phần trong mạng Ethernet công nghiệp
đều bình đẳng với nhau.
Các thông số của mạng Ethernet công nghiệp:
 Chuẩn truyền thông: IEEE 802.3.
 Số lượng trạm : Max 1024 trạm
 Môi trường truyền thông :
 Dây dẫn : Cáp đồng trục, Cáp đôi dây xoắn.
 Cáp quang : Cáp thuỷ tinh hoặc chất dẻo.

3.7.3 Cáp kết nối
Ethernet có cấu trúc bus. Cấu trúc mạng vật lí có thể là đường thẳng hoặc hình
sao tùy theo phương tiện truyền dẫn.

Tên hiệu

Loại cáp

Chiều dài tối đa

Số trạm tối đa

10BASE5

Cáp đồng trục dầy

500m

100

10BASE2

Cáp đồng trục mỏng

200m

30

10BASE-T

Cáp đôi dây xoắn

100m

1024

10BASE-F

Cáp quang

200m

1024

Bảng 3.7 Một số loại cáp truyền Ethernet thông dụng

Tên hiệu

Loại cáp

Chiều dài tối đa

100BASE-T4

Đôi dây xoắn hạng 3

100m

100BASE-TX

Đôi dây xoắn hạng 5

100m

100BASE-FX

Cáp quang

2000m

Bảng 3.8 một số loại cáp truyền Ethernet tốc độ cao


Với 100BASE-TX, đôi dây xoắn hạng 5 được sử dụng có khả năng làm việc ở
tần số nhịp 125MHZ và cao hơn nữa. Việc sử dụng hai đôi dây xoắn tạo khả năng

truyền hai chiều đồng thời.

Hình 3.14 Cáp kết nối

Đôi dây xoắn (Twisted pair) là một đôi dây xoắn bao gồm hai sợi dây đồng
được quấn cách ly ôm vào nhau. Tác dụng thứ nhất của việc quấn dây là trường
điện từ của hai dây sẽ trung hòa lẫn nhau, vì thế nhiễu xạ ra môi trường xung quanh
cũng được giảm thiểu.

3.7.4 Phương thức truyền thông
Các chuẩn Ethernet đều hoạt động ở tầng Data Link trong mô hình 7 lớp OSI.
Theo chuẩn IEEE 802.3/ Ethernet chỉ quy định lớp MAC và lớp vật lý .
Địa chỉ IP (IPv4) có độ dài 32 bit và được tách thành 4 vùng, mỗi vùng (mỗi
vùng 1 byte) thường được biểu diễn dưới dạng thập phân và được cách nhau bởi
dấu chấm (.). Ví dụ: 203.162.7.92.
Kết nối truyền thông TCP/ IP của dịch vụ truyền thông (Fins/ TCP), và xây
dựng các ứng dụng bằng cách sử dụng lệnh SEND (090), RECV (098), và CMND
(490). FINS/ TCP là chức năng truyền thông được hỗ trợ bởi Ethernet Option Board
(CP1W-CIF41). Nó cung cấp lớp TCP / IP phục hồi tự động từ các lỗi truyền thông
xảy ra trong quá trình định tuyến đa cấp.
Đây là phương thức sử dụng phương pháp chuyển đổi địa chỉ IP cho các địa
chỉ IP động trong TCP/IP của dịch vụ truyền thông FINS. Máy tính sau khi nhận địa
chỉ IP có thể gửi lệnh đến PLC và thu nhận tín hiệu phản hồi từ PLC.
Nó có thể kết nối trực tuyến đến PLC sử dụng CX-Programmer từ một máy
tính.


3.7.5 Các bước thiết lập điều khiển

Xác định địa chỉ IP và phương

pháp chuyển đổi địa chỉ

Xác định thiết bị đến PLC

Kết nối mạng sử dụng cáp xoắn
đôi

Bật nguồn CPU

Kết nối thiết bị Ethernet
mà không cần bất kì cài
đặt nào

Chỉ thiết lập địa chỉ IP
cho các ứng dụng đơn
giản.

Sử dụng địa chỉ IP mặc
định

Thiết lập vùng địa chỉ IP
trong vùng nhớ DM
Word cho CPU

Thiết lập địa chỉ IP một
cách tự do với chức năng
Web

Tạo bảng chuyển

Thực hiện thiết lập thiết bị
(Tạo bảng chuyển)

Xác định địa chỉ IP trong máy tính và địa chỉ IP trong PLC. Thiết lập địa chỉ
IP trong CX-Programmer nhưng phải phù hợp với IP trong PLC. IP mặc định ban
đầu của PLC là 192.168.250.1


 Thiết lập địa chỉ IP trong CX-Programmer

 Kết nối mạng sử dụng cáp xoắn đôi
Ấn khoá cần gạt lên/xuống ở cả hai phía của nắp khe cắm Option Board cùng
một lúc để tháo nắp và sau đó kéo nắp ra ngoài.
Kiểm tra cân chỉnh để cho góc cắt của Ethernet Option Board phù hợp với khe
cắm Option Board, và ấn chắc chắn Ethernet Option Board cho đến khi nó bắt dính
vị trí.

Bảng 3.9 Kết nối dây cáp truyền thông

Tiêu chuẩn và đặc tính kĩ thuật sau đây áp dụng cho các kết nối cáp xoắn đôi
Ethernet Các thông số kỹ thuật điện: Phù hợp với chuẩn IEEE802.3 tiêu chuẩn.