bài tập hệ thu thập dữ liệu

MỤC LỤC
Chương 1: Cơ sở lý thuyết
1.1 Phân tích công nghệ
1.2 Tìm hiều về PLC s7-300
1.2.1 Khái quát về PLC s7-300
1.2.2 Các modul mở rộng
1.3 Tìm hiểu về HMI ( Dùng wincc của siemens)
Chương 2: Thiết kế hệ thống
2.1 Lựa chọn thiết bị (Giới hạn tham số thiết bị, liên quan đến thiết
bị đo và cơ cấu chấp hành trong đề tài nếu cần)
2.2 Xây dựng sơ đồ khối
2.3 Mạch lực,bảng định địa chỉ và sơ đồ đấu dây, thực hiện bài toán
điều khiển
2.4 Trình bày về giao thức truyền thông trong hệ thống?
-Các thiết bị trong hệ thống thuộc cấp nào trong mô hình phân
cấp chức năng trong hệ thống mạng công ty?
-S7-300 được hỗ trợ giao thức truyền thông nào?
- Lựa chọn và trình bày chi tiêt về gio thức sử dụng trong hệ thống?
Lý do lựa chọn?
Chương 3: Kết luận
3.1 Các nội dung đã đạt được trong đề tài
3.2 Các hạn chế tồn tài và phương hướng khắc phục.

1

4
4
4
6
8

13
15
17
19

21
25

29
29


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của
thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn.
Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc
điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất cần thiết
góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn.
Tự động hóa đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Tự động hóa đã đáp
ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhu
cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày. Một trong những sản phẩm tiên
tiến của nó là PLC. Ứng dụng rất quan trọng của ngành công nghệ tự động hóa là việc
điều khiển, giá sát các hệ thống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt
được năng suất, kinh tế thật cao .
Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng em xin phép được thiết kế một mạch ứng
dụng của PLC, điều khiển hệ thống phối liệu II.
Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong khoa
điện, cùng các bạn trong lớp Điện 5-K8 đặc biệt là giảng viên NGUYỄN THU HÀ giảng viên khoa điện trường ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI người đã trực tiếp
giảng dạy và cho em kiến thức để hoàn thành đồ án môn học này. Mong cô góp ý để em
hoàn thành bài tập lớn này được tốt hơn sau này.

Em xin chân thành cảm ơn !

Nhận xét của giáo viên:
2


...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................

3


Chương I : Cơ sở lý thuyết
1.1 Phân tích công nghệ
Ban đầu silo 1,2,3 chưa có nguyên liệu, các van V1 V2 V3 V4 V5 đóng, đèn
led và động cơ khuấy chưa hoạt động.
Sau khi ấn nút start đèn led sáng báo hệ thống đang vận hành, các van V1 V3
mở ra cho nguyên liệu chảy vào silo 2 và silo 3, khi 2 thùng silo này đầy thì
cảm biến S4 S5 báo đầy, ngắt điện ra khỏi van V1 V3 làm cho 2 van này đóng
lại,ngừng chảy nguyên liệu.
Giả sử : lượng nguyên liệu trong silo 2 và silo 3 đủ cho 1 lần phối liệu

Các van V2 V4 sau đó dc cấp điện mở ra mở ra cho nguyên liệu chảy xuống
silo 1, khi chảy đến gặp cảm biến s2 s3 thì động cơ K khuấy trong vòng 30s,
sau khi động cơ K khuấy dc 30s thì van V5 tự động có điện mở ra, làm cho
nguyện liệu chảy vào xe, chạm cảm biến S1 thì ngắt điện khỏi V5 van V2 van
V4 làm cho các van đóng lại, quá trình lặp đi lặp lại đên khi ấn stop, các động
cơ dừng lại, van đóng lại, đèn led tắt,
1.2 Tìm hiểu về PLC S7-300
1.2.1 khái quát về PLC S7-300
PLC S7 – 300: loại trung bình, thích hợp cho những ứng dụng vừa phải.
. Định nghĩa : thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic
controller ) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số
thông qua một ngôn ngữ lập trình , thay cho việc phải thực hiện thuật toán đó bằng
mạch số.
Ưu điểm: + nhỏ gọn
+ dễ thay đổi thuật toán
+ dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với PLC khác hoặc
với máy tính)
Các bộ phận chính của PLC:
+ bộ xử lí trung tâm (CPU)
+ hệ điều hành
+bộ nhớ chương trình
+các cổng vào ra …

4


Bộ nhớ chương
trình

-

timer
Bộ đệm
vào ra

Khối vi xử lí trung tâm và hệ
điều hành

Bộ đếm

Bit cờ

Cổng vào ra
Quản lí nghép
nối

Cổng ngắt và
đếm tốc độ
cao

a. Cấu trúc bộ nhớ của CPU Bộ nhớ của S7 – 300 được chia làm 3 vùng chính:

Vùng chứa chương ch trình ứng dụng: được chia làm 3 miền:
+ OB (Organization block): (Organization block): miền chứa chương trình tổ
chức.
+ FC (Function): (Function): miền chứa chương trình con được tổ chức thành
hàm có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó.
5

+ FB (Function block): (Function block): miền chứa chương trình con, được tổ
chức thành hàm, có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình
nào khác. Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng
+ I (Process image input): (Process image input): miền bộ đệm các dữ liệu cổng
vào số.
+ Q (Process image output): (Process image output): miền bộ đệm các dữ liệu
cổng ra số.
+ M: miền các biến cờ. Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu
giữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập nó theo bit (M), byte (MB), bit
(M), byte (MB), từ (MW) hay (MW) hay từ kép (MD).
+ T: miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) (Timer) bao gồm việc lưu giữ giá
trị thời gian đặt trước (PV: Preset value), (PV: Preset value), giá trị đếm thời
gian tức thời (CV: Current value) (CV: Current value)
+ C: miền nhớ phục vụ bộ đếm (Counter), (Counter), bao gồm việc lưu giữ giá
trị đặt trước, giá trị đếm tức thời, giá trị logic đầu ra của bộ đếm.
+ PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự
+ PQ: miền địa chỉ cổng ra cho các module tương tự Vùng chứa các khối dữ
liệu: Được chia thành 2 loại
+ DB (Data block): (Data block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành
khối. Kính thước và số lượng khối do người sử dụng quy định, phù hợp với
từng bài toán điều khiển
+ L (Local data block): (Local data block): Miền dữ liệu địa phương, được các
khối chương trình OB, FC, FB OB, FC, FB tổ chức, sử dụng cho các biến nháp
tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình đã
gọi nó. Nội dung của một số dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xóa khi kết thúc
chương trình tương ứng trong OB, FC, FB.
1.2.2 Các modul mở rộng
Được chia thành 5 loại chính sau:
- Nguồn nuôi (PS: Power Supply): (PS: Power Supply): cung cấp nguồn cho
CPU và các module khác.

- SM (Signal Module): SM (Signal Module): Module tín hiệu vào ra, bao
gồm:
+ DI: Digital Input
+ DO: Digital Output
+ DI/DO: Digital In/Output
+ AI: Analog Input
+ AO: Analog Output
+ AI/AO: Analog In/Output
- IM (Interface Module): Module ghép nối
6


- FM (Function Module): Module điều khiển riêng: điều khiển Servo,…
-CP (Communication Module): Module truyền thông
Tuỳ theo quá trình tự động hoá đòi hỏi số lượng đầu vào và đầu ra ta phải
lắp thêm bao nhiêu module mở rộng cũng như loại module cho phù hợp. Tối
đa có thể gá thêm 32 module vào ra trên 4 panen (rãnh), trên mỗi panen
ngoài module nguồn, CPU và module ghép nối còn gá được 8 các module về
bên phải. Thường Step 7-300 sử dụng các module sau:
+ Module nguồn PS (3 loại: 2A, 3A, 5A)
+ Module ghép nối IM (Intefare Module): Hệ thu thập dữ liệu và truyền số
liệu
+ Module tín hiệu SM (Signal Module):
- Vào số: 8 kênh, 16 kênh, 32 kênh.
- Ra số: 8 kênh, 16 kênh, 32 kênh.
- Vào, ra số: 8 kênh vào 8 kênh ra, 16 kênh vào 16 kênh ra.
- Vào tương tự: 2 kênh, 4 kênh, 8 kênh.
- Ra tương tự: 2 kênh, 4 kênh, 8 kênh.
- Vào, ra tương tự: 2 kênh vào 2 kênh ra, 4 kênh vào 4 kênh ra.
+ Module hàm (Function Module).

- Đếm tốc độ cao.
- Truyền thông CP 340, CP340-1, CP341.
+ Module điều khiển (Control Module):
- Module điều khiển PID.
- Module điều khiển Fuzzy.
- Module điều khiển rô bot.
- Module điều khiển động cơ bước.
Trong PLC có những bộ phận được gán địa chỉ đơn như bộ thời gian (T), bộ
đếm (C)... chỉ cần một chữ cái đó kèm theo một số là đủ, ví dụ: T1, C32... Các
địa chỉ đầu vào và đầu ra cùng với các module chức năng có cách gán địa chỉ
giống nhau. Địa chỉ phụ thuộc vào vị trí gá của module trên Panen. Chỗ gá
module trên panen gọi là khe (Slot), các khe đều có đánh số, khe số 1 là khe đầu
tiên của và cứ thế tiếp tục.
Khi gá module số vào, ra lên một khe nào lập tức nó được mạng địa chỉ byte
của khe đó, mỗi khe có 4 byte địa chỉ.
Trên mỗi module thì mỗi đầu vào, ra là một kênh, các kênh đều có địa chỉ bit là
0 đến 7.
Địa chỉ của mỗi đầu vào, ra là số ghép của địa chỉ byte và địa chỉ kênh, địa chỉ
byte đứng trước, địa chỉ kênh đứng sau, giữa hai số có dấu chấm. Khi module
gá trên khe thì địa chỉ được tính từ byte đầu của khe, các đầu vào và ra của một
khe có cùng địa chỉ
Địa chỉ khe và kênh trên module số .
7


Ví dụ: Module 2 đầu vào, 2 đầu ra số gá vào khe số 5 rãnh 0 có địa chỉ là I4.0,
I4.1 và Q4.0, Q4.1.
Module số có thể được gá trên bất kỳ khe nào trên panen của PLC.
Địa chỉ vào ra trên module tương tự Trong PLC S7-300 người ta dùng 16 bit
(một word) cho một kênh. Một khe có 8 kênh với địa chỉ đầu tiên là PIW256

hoặc PQW256 (byte 256 và 257) cho đến PIW766 hoặc PQW766
Module tương tự có thể được gá vào bất kỳ khe nào trên panen của PLC, các
khe trống bao giờ cũng có trạng thái tín hiệu “0”.
Ví dụ: Một module tương tự 2 vào, 1 ra gá vào khe số 6 rãnh 0 có địa chỉ là
PIW288, PIW290, PQW288.
1.3 Tìm hiểu về HMI (Wincc của simen)
- Giới thiệu phần mền Wincc

Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây dựng
giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục vụ việc
xử lý và lưu trữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control And
Data Aquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa.
WinCC là chữ viết tắt của Windows Control Center (Trung tâm điều khiển
chạy trên nền Windows), nói cách khác, nó cung cấp các công cụ phần mềm để
thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành
của Microsoft như Windows NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not
SP1). Trong dòng các sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành và
8


giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA (SCADA class) với những chức
năng hữu hiệu cho việc điều khiển.
WinCC là một hệ thống HMI (Human Machine Interface: tức là giao diện giữa
người và máy) cho phép các hoạt động và chấp hành của các quy trình chạy
trong máy. Truyền thông giữa WinCC và máy diễn ra thông một hệ thống tự
động.
WinCC được dùng để hiện thị quá trình và cấu hình một giao diện đồ hoạ
người dùng. Bạn sẽ sử dụng giao diện người dùng để hoạt động và quan sát
quá trình. WinCC cung cấp các khả năng sau:
- WinCC cho phép bạn quan sát quá trình. Quá trình này được hiển thị đồ hoạ

trên màn hình. Màn hình hiển thị được cập nhật mỗi lần một trạng thái trong
quá trình thay đổi.
- WinCC cho phép bạn vận hành quy trình. Ví dụ, bạn có thể chỉ ra một điểm
đặt từ giao diện người dùng hoặc bạn có thể mở một van.
- WinCC cho phép bạn giám sát quá trình. Một cảnh báo sẽ báo hiệu một cách
tự động trong sự kiện của một trạng thái quá trình nghiêm trọng. Nếu một giá
trị được định nghĩa trước bị vượt quá, một thông báo sẽ xuất hiện trên màn
hình.
- WinCC cho phép bạn lưu trữ quá trình. Khi làm việc với WinCC, những giá
trị quá trình có thể hoặc được in ra hoặc được lưu trữ theo kiểu điện tử. Điều
này tạo điều kiện cho thu thập thông tin của quy trình và cho phép truy cập tiếp
theo đến dữ liệu sản sinh ra trong quá khứ.
WinCC sử dụng công nghệ phần mềm mới nhất. Nhờ sự cộng tác chặt chẽ giữa
Siemens và Microsoff, người dùng có thể yên tâm với sự phát triển của công
nghệ phần mềm mà Microsoft là người dẫn đầu.
-- Hệ thống khách/chủ với các chức năng SCADA
Ngay từ hệ thống WinCC cơ sở đã có thể cung cấp tất cả các chức năng để
người dùng có thể khởi động các yêu cầu hiển thị phức tạp. Việc gọi những
hình ảnh (picture), các cảnh báo (alarm), đồ thị trạng thái (trend), các báo cáo
(report) có thể dễ dàng được thiết lập.
-- Có thể nâng cấp mở rộng dễ dàng từ đơn giản đến phức tạp
WinCC là một mô đun trong hệ thống tự động hóa, vì thế, có thể sử dụng nó để
mở rộng hệ thống một cách linh hoạt từ đơn giản đến phức tạp từ hệ thống với
9


một máy tính giám sát tới hệ thống nhiều máy giám sát, hay hệ thống có cấu
trúc phân tán với nhiều máy chủ (server).
-- Có thể phát triển tùy theo từng lĩnh vực công nghiệp hoặc từng yêu cầu công
nghệ

Một loạt các mô đun phần mềm mở rộng định hướng cho từng loại ứng dụng
đã được phát triển sẵn để người dùng lựa chọn khi cần. - Máy tính (Computer):
Quản lý tất cả các trạm (WorkStation) và trạm chủ (Server) nằm trong Project.
- Quản lý tag (Tag Managerment): Là khu vực quản lý tất cả các kênh, các
quan hệ Logic, các tag (biến) quá trình (Tag process), tag (biến) trung gian
trong PLC (Tag Internal) và nhóm các nhóm tag (Tag Groups). - Loại dữ liệu
(Data Types):Chứa các loại dữ liệu được gán cho các Tag và các kênh khác
nhau. - Các trình soạn thảo Editor :Các trình soạn thảo được liệt kê trong vùng
này dùng để soạn thảo và điều khiển một dự án hoàn chỉnh, chức năng các bộ
soạn thảo cho như bảng sau:

10


Tất cả các Modul này đều thuộc hệ thống WinCC nhưng nếu không cần thiết
thì không nhất thiết phải cài đặt hết. Tag (Biến) Tags WinCC là phần tử
trung tâm để truy nhập các giá trị quá trình.Trong một dự án, chúng nhận
một tên và một kiểu dữ liệu duy nhất. Kết nối logic sẽ được gán với WinCC.
Kết nối này xác định rằng kênh nào sẽ chuyển giao giá trị quá trình cho các
biến.
Các biến được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu toàn dự án. Khi một chế độ của
WinCC khởi động, tất cả các biến trong một dự án được nạp và cấu trúc Run
– time tương ứng được thiết lập. Mỗi biến được lưu trữ trong quản lí dữ liệu
theo một kiểu dữ liệu chuẩn. WinCC làm việc với 3 loại Tag: - Tag nội
(Internal Tag): Là Tag không được kết nối với quá trình dùng để quản lý dữ
liệu bên trong 1 project. - Tag quá trình (Process Tag): Là Tag được dùng để
trao đổi dữ liệu giữa WinCC và quá trình tự động. Thuộc tính của Tag phụ
thuộc vào driver sử dụng. - Tag hệ thống (System Tag): Bắt đầu với ký tự ,
dùng để quản lý Project, không thể xóa hay chỉnh sửa System Tag. WinCC
quản lý các tag này theo 2 kiểu: - Kiểu nhóm (Tag group) - Kiểu cấu trúc

(Structure Type) Nhóm biến chứa tất cả các biến có kết nối logic lẫn nhau.
Các kiểu dữ liệu Biến phải gán một trong các kiểu dữ liệu sau cho mỗi biến
được định cấu hình. Việc gán kiểu dữ liệu cho biến được thực hiện trong khi
tạo một biến mới. Kiểu dữ liệu của một biến độc lập với kiểu biến ( Biến nội
hay biến quá trình). Trong WinCC, một kiểu dữ liệu nào đó cũng đều có thể
được chuyển đổi thành kiểu khác bằng cách điều chỉnh lại dạng. Các kiểu dữ
liệu ( Data Types) có trong WinCC:
 Binary Tag: kiểu nhị phân.
 Signed 8 – Bit Value: kiểu 8 bit có dấu.
 Unsigned 8 – Bit Value: kiểu 8 bit không dấu.
11


 Signed 16 – Bit Value: kiểu 16 bit có dấu.
 Unsigned 16 – Bit Value: kiểu 16 bit không dấu.
 Signed 32 – Bit Value: kiểu 32 bit có dấu.
 Unsigned 32 – Bit Value: kiểu 32 bit không dấu.
 Floating Point Number 32 bit IEEE 754: kiểu số thực 32 bit theo tiêu
chuẩn IEEE 754.
 Floating Point Number 64 bit IEEE 754: kiểu số thực 64 bit theo tiêu
chuẩn IEEE 754.
 Text Tag 8 bit character set: kiểu ký tự 8 bit.
 Text Tag 16 bit character set: kiểu ký tự 16 bit
- Những ưu điểm của Wincc
WinCC kết hợp các bí quyết của Siemens, công ty hàng đầu trong tự động hóa
quá trình, và năng lực của Microsoft, công ty hàng đầu trong việc phát trỉên
phần mềm cho PC. Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống
có quy mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những
ứng dụng có quy mô toàn công ty như việc tích hợp với những hệ thống cấp
cao như MES (Manufacturing Excution System - Hệ thống quản lý việc thực

hiện sản suất) và ERP (Enterprise Resource Planning). WinCC cũng có thể sử
dụng trên cơ sở quy mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của Siemens có mặt
khắp nơi trên thế giới. Ở Việt Nam hệ thống của Siemens được tài trợ đưa vào
hệ đào tạo chính thức.

12


CHƯƠNG II :Thiết kế hệ thống:
2.1 Lựa chọn thiết bị
- PLC :

Trong nội dung của đề tài này nhóm chúng em chọn PLC S7-300 của simen
với CPU 314IFM (gồm 20 đầu vào số,16 đầu ra số, 4 ngõ vào tương tự tích
hợp sẵn PIW128, PIW130, PIW132, PIW134 1 ngõ ra tương tự tích hợp sắn.
- động cơ điện

Hình 2.4: Động cơ không đồng bộ ba pha
- Với đề tài này em chọn động cơ không đồng bộ 3 pha có thông số sau:
Hãng sản xuất: Seimens
Điện áp định mức : 400(V)
Dòng điện định mức 0.56A
Công suất định mức của động cơ: 0.18(kW)
Hệ số công suất Cosphi=0.77
13


Tần số định mức :50Hz
Tốc độ định mức của động cơ: 1350vòng/phút

-Van điện từ

Căn cứ vào nội dung của đề tài nhóm chúng em chọn và sử dụng loại van
đó là van điện từ.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Van điện từ - Solenoid Valve
Van điện từ có nhiều loại, cấu tạo cũng khác biệt nhau. Van điện từ là van
hoạt động điện cơ. Van được điều khiển bởi dòng điện thông qua tác dụng
của lực điện từ. Đối với loại van 2 cửa, cửa ra và cửa vào sẽ được đóng mở
thay phiên nhau (nghĩa là cửa vào đóng thì cửa ra mở và ngược lại),
- Cảm biến đo mức: lựa chọn cảm biến tiệm cận
Nguyên Tắc Hoạt Động: Phát hiện theo nguyên tắc tĩnh điện (sự thay đổi
điện dung giữa vật cảm biến và đầu sensor), có thể phát hiện tất cả vật.
Mặc dù khá đa dạng về chủng loại, song cơ bản thì van điện từ hoạt động
theo,1,nguyên,lýchung.
Là có 1 cuộn điện, trong đó có 1 lõi săt và 1 lò so nén vào lõi sắt đó, lõi sắt
đó lại tỳ vào đầu 1 gioăng cao su. Như vậy, bình thường không có điện thì lò
so ép vào lõi sắt, để đóng van. Khi có dòng điện vào, cuộn dây sinh từ
trường hút lõi sắt ra, từ trường này đủ mạnh thắng được lò so, khi đó van mở
ra (Loại Van điện từ thường đóng – NC)
14


- Khởi động từ
Khởi động từ là một loại khí cụ điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng –
ngắt, đảo chiều và bảo vệ quá tải (nếu có lắp thểm rơle nhiệt) các động cơ
không
đồng
bộ
ba
pha

rôto
lồng
sóc.
Khởi động từ có một Contactor gọi là khởi động từ đơn thường để đóng –
ngắt động cơ điện. Khởi động từ có hai Contactor là khởi động từ kép dùng
để thay đổi chiều quay của động cơ gọi là khởi động từ đảo chiều. Muốn bảo
vệ ngắn mạch phải lắp thêm cầu chì.

Khi cung cấp điện áp cho cuộn dây bằng nhấn nút khởi động M, cuộn hây
Contactor có điện hút lõi thép di động và mạch từ khép kín lại: Làm đóng
các tiếp điể chính để khởi động động cơ và đóng tiếp điểm phụ thường hở để
duy trì mạch điều khiển khi buông tay khỏi nút nhấn khởi động. Khi nhấn
nút dừng D, khởi động từ bị ngắt điện, dưới tác dụng của lò xo nén làm phần
lõi di động trở về vị trí ban đầu; các tiếp điểm trở về trạng thái thường hở.
Động cơ dừng hoạt động. Khi có sự cố quá tải động cơ, Rơle nhiệt sẽ thao
tác làm ngắt mạch điện cuộn dây, do đó cũng ngắt khởi động từ và dừng
động cơ điện.
2.2 Xây dựng sơ đồ khối

15


Start

saiVan 1 ( mở)

Van 3( mở)

S

S
S5=1

S4=1

Đ

Đ

d
Van 3 đóng

Van 1 đóng
Van 2 mở
Van 4 mở

S
S2=0,S3=0

Đ
Động cơ K
(quay)

S
T=30s

Đ
Van 5 ( mở)

S

S1=0

Đ
Đ

Van 2 đóng
Van 4 đóng
Van 5 đóng

stop=0

S

END

16

Động cơ K
dừng


Khối điều khiển
start,stop

Các Cảm biến
S1,S2,S3,S4,S5

Plc-s7-300

Động cơ khuấy

Các
Van
V1,V2,V3,V4,V5

2.3 Mạch lực bảng định địa chỉ và sơ đồ đấu dây , thực hiện bài
toán điều khiển
2.3.1 mạch lực

- Bảng định địa chỉ
17


Địa chỉ

Chú thíc

I0.0

Start

I0.1

Stop

Q0.1

Van 1

Q0.2

Van 2

Q0.3

Van 3

Q0.4

Van 4

Q0.5

Van 5

Q0.6

Động cơ K

I0.2

Cảm biến S1

I0.3

Cảm biến S2

I0.4

Cảm biến S3

I0.5

Cảm biến S4

I0.6

CẢm biến S5

Sơ đồ đấu dây.
I0.0
START
I0.1
STOP
I0.2
S2
I0.3
S3
I0.4
S4
I0,5
S5
24v

S7-300

Q0.1

V1

Q0.2

V2

Q0.3

V3

Q0.4

V4

Q0.5

V5

Q0,6

I0.6
S1
…
COM
L

ĐC

Q0.7
…
M
24v

220v

N

L+

18


2.4 Trình bày về giao thức truyền thông trong hệ thống
2.4.1 Các thiết bị trong hệ thống thuộc phân cấp nào trong mô hình
phân cấp chức năng trong hệ thống mạng công ty
a. Cấp chấp hành
Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, dẫn động và chuyển
đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết.
Thực tế, đa số các thiết bị cảm biến (sensor) hay chấp hành (actuator) cũng
có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường, truyền động được
chính xác và nhanh nhạy.
Các thiết bị thông minh (smart device) có thể đảm nhận việc xử lý và chuẩn
bị thông tin trước khi đưa lên cấp điều khiển.
Hệ thu thập dữ liệu và truyền số liệu
b.Cấp điều khiển
Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các bộ cảm biến, xử
lý các thông tin theo thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống các
chấp hành.
Khi còn điều khiển thủ công, nhiệm vụ đó được người đứng máy trực tiếp
đảm nhận qua việc theo dõi các công cụ đo lường, sử dụng kiến thức và kinh
nghiệm để thực hiện những thao tác cần thiết như ấn nút đóng/ mở van, điều
chỉnh cần gạt, núm xoay…

Trong một hệ thống điều khiển tự động, việc thực hiện thủ công những
nhiệm vụ đó được thay thế bằng máy tính. Do đặc tính nổi bật của cấp điều
khiển là xử lý thông tin, nên khái niệm cấp xử lý (process level) cũng hay
được sử dụng
. Tuy nhiên, khái niệm này không được chính xác vì trong các hệ thống tự
động hoá hiện đại, việc xử lý thông tin không phải là độc quyền ở cấp này.
Như đã nêu trên, các thiết bị thông minh ở cấp cảm biến/chấp hành cũng có
thể đảm nhận một phần việc này.
Ngoài ra, việc thực hiện các chức năng ở bất kỳ cấp nào bên trên đều mang
bản chất là xử lý thông tin. Cấp điều khiển và cấp chấp hành cũng hay được
gọi chung là cấp trường (field level) chính vì các bộ điều khiển, cảm biến và
chấp hành được cài đặt trực tiếp tại hiện trường, gần kề với hệ thống kỹ
thuật .
c. Cấp điều hành giám sát.
Điều hành quá trình tức là điều khiển và vận hành một quá trình kỹ thuật. Khi
đa số các chức năng như đo lường điều khiển, điều chỉnh, bảo trì hệ thống được
các cấp cơ sở thực hiện, thì nhiệm vụ của các cấp điều hành quá trình là hỗ trợ
người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành
và xử lý những tình huống bất thường.
19


Ngoài ra, trong một số trường hợp, cấp này còn thực hiện các bài toán điều
khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển khởi động/ dừng và điều
khiển theo công thức (ví dụ như trong chế biến dược phẩm, hoá chất).
Khác với các cấp dưới, việc thực hiện các chức năng ở cấp điều hành quá trình
thường không đòi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt có giao diện
mạng ngoài các máy tính điều hành.
Hiện nay, do nhu cầu tự động hoá tổng thể ở các cấp điều hành sản xuất và
quản lý công ty, việc tích hợp hệ thống và loại bỏ các cấp trung gian không cần

thiết trong mô hình chức năng trở nên cần thiết.
Cũng vì thế, ranh giới giữa cấp điều hành quá trình Hệ thu thập dữ liệu và
truyền số liệu và điều hành sản xuất nhiều khi không rõ ràng, hình thành xu
hướng hội nhập hai cấp này thành một cấp duy nhất, gọi chung là cấp điều
hành.
Với hệ thống mạng công ty Mạng công ty nằm trên cùng trong mô hình phân
cấp hệ thống truyền thông của một công ty sản xuất công nghiệp.
Đặc trưng của mạng công ty gần với một mạng viễn thông hoặc một mạng máy
tính diện rộng nhiều hơn trên các phương diện phạm vi và hình thức dịch vụ,
phương pháp truyền thông và các yêu cầu về kỹ thuật.
Chức năng của mạng công ty là kết nối các máy tính văn phòng của các xí
nghiệp, cung cấp các dịch vụ trao đổi thông tin nội bộ và với khách hàng như
thư viện điện tử e-library, thư điện tử email, hội thảo từ xa qua điện thoại, hình
ảnh, cung cấp dịch vụ truy cập Internet và thương mại điện tử e-commerce,...
Hình thức tổ chức ghép nối mạng, cũng như các công nghệ được áp dụng rất đa
dạng, tuỳ thuộc vào đầu tư của công ty. Trong nhiều trường hợp, mạng công ty
và mạng xí nghiệp được thực hiện bằng một hệ thống mạng duy nhất về mặt vật
lý, nhưng chia thành nhiều phạm vi và nhóm mạng làm việc riêng biệt. Mạng
công ty có vai trò như một đường cao tốc trong hệ thống hạ tầng cơ sở truyền
thông của một công ty, vì vậy đòi hỏi về tốc độ truyền thông và độ an toàn, tin
cậy đặc biệt cao. Ví dụ một số công nghệ tiên tiến được áp dụng ở cấp mạng
này trong hiện tại và tương lai như là Fast Ethernet, FDDI, ATM.
 Các cảm biến ,các van, động cơ K thuộc cấp chấp hành trong mô hình
phân cấp chức năng trong hệ thống mạng công ty
Cấp điều khiển trong mô hình phân cấp chức năng trong hệ thống mạng
công ty là : PLC
Cấp điều khiển giám sát trong mô hình phân cấp chức năng trong hệ thống
mạng công ty là : máy tính.

20

2.4.2 S7-300 được hỗ trợ giao thức truyền thông nào.
 Qua tìm hiểu PLC S7 -300 hỗ trọ được các giao thức truyền thông sau
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 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
21


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.
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.

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. 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.
22


Phần kiểm lỗi giúp trạm chủ xác định độ chính xác của nôi dung
thông báo nhận được.
Chế độ ASCI
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 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 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
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).
23


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 ISO on TCP thì các trạm không
phải của SIEMENS cũng có khả năng tích hợp vào mạng, nói một
cách khác Ethernet công nghiệp là mạng truyền thông mở. Các thông
số của mạng Ethernet công nghiệp:  Chuẩn 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
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
Giới thiệu mạng PROFIBUS
24


Profibus là một tiêu chuẩn mạng trường mở, quốc tế theo chuẩn mạng
trường châu Âu EN 50170 và EN 50254. Trong sản xuất, các ứng
dụng tự động hóa quá trình công nghiệp và tự động hóa tòa nhà, các
mạng trường nối tiếp (serial fieldbus) có thể hoạt động như hệ thống
truyền thông, trao đổi thông tin giữa các hệ thống tự động hóa và các
thiết bị hiện trường phân tán. Chuẩn này cũng cho phép các thiết bị
của nhiều nhà cung cấp khác nhau giao tiếp với nhau mà không cần
điều chỉnh giao diện đặc biệt. PROFIBUS sử dụng phương tiện truyền
tin xoắn đôi và RS485 chuẩn công nghiệp trong các ứng dụng sản
xuất hoặc IEC 1158-2 trong điều khiển quá trình. Profibus cũng có thể
sử dụng Ethernet/TCP-IP

CAN viết tắt của Controller Area Network và được tạm dịch là Mạng
Điều Khiển Vùng. Mạng CAN ra đời gần như đáp ứng nhiều vấn đề
cho các hệ thống điện trong xe, với truyền tải dữ kiện trên 2 dây dẫn,
tốc độ truyền tải cao, độ sai số rất thấp, độ tin cậy cao. Các hệ thống
điện đã được nối với nhau bởi mạng CAN 2 dây này.
DeviceNet là một hệ thống bus được hãng Allen-Bradley phát triển
dựa trên cơ sở của CAN, dùng để nối mạng cho các thiết bị đơn giản ở
cấp chấp hành. Sau này, chuẩn DeviceNet được chuyển sang dạng mở
dưới sự quản lý của hiệp hội ODVA (Open DeviceNet Vendor
Asscociation) và được dữ thảo chuẩn hóa IEC 62026-3.
2.4.3 Lựa chọn và trình bay về giao thức sử dụng trong hệ thống.
→ theo nội dung của đề tài chúng em chọn giao thức truyền thông
FROFIBUS : phương pháp truy nhập của FROFIBUS là master/slave . các
trạm chủ có khả năng kiểm soát truyền thông trên bus
Ngoài ra FROFIBUS còn có kĩ thuật truyền dẫn với RS- 485 với tốc độ truyền
thông từ 9,6kbit/s đến 12Mbit/s .
PROFIBUS có 3 dạng chuẩn là:
- PROFIBUS DP
- PROFIBUS FMS
- PROFIBUS PA
Profibus DP được thiết kế để trao đổi dữ liệu ở cấp thiết bị trường. Ở đó, các
thiết bị điều khiển như PLC/PC hay các thiết bị điều khiển quá trình khác có
thể thông tin với các thiết bị trường phân tán như I/O, các bộ driver và van
cũng như các thiết bị đo thông qua một Bus thông tin nối tiếp tốc độ cao. Dữ
liệu trao đổi với các thiết bị phân tán này chủ yếu là theo chu kỳ. Các chức
năng thông tin cần thiết đó được định nghĩa trong hàm DP cơ bản. DP cũng mở
rộng với các dịch vụ thông tin không theo chu kỳ cho việc thông số hóa, giám
sát và cảnh báo đối với các thiết vị trường "thông minh".
25