Skkn ứng dụng tia portal kết nối hệ thống mạng profibus

GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG TIẾN BỘ KỸ THUẬT

PHẦN THỨ NHẤT :
BÁO CÁO TÓM TẮT NỘI DUNG SÁNG KIẾN

1. Tên giải pháp: Ứng dụng TIA Portal kết nối hệ thống mạng Profibus.
2. Thực trạng tình hình
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 là một mạng Fieldbus được thiết kế để giao tiếp giữa máy tính và
PLC. Dựa trên nguyên tắc token bus không đồng bộ ở chế độ thời gian thực, Profibus
xác định mối quan hệ truyền thông giữa nhiều master và giữa masterslave, với khả
năng truy cập theo chu kì và không theo chu kì. Khoảng cách bus tối đa không dùng
bộ lặp (repeater) là 200m và nếu dùng bộ lặp khoảng cách tối đa có thể đạt được là
800m. Số điểm (node) tối đa nếu không có bộ lặp là 32 và là 127 nếu có bộ lặp.
Trong môn học Điều khiển lập trình dành cho hệ cao đẳng mà nhà trường đang
đào tạo, môn học có nhiều bài tập

Trang 1


Hiện nay, trong các trường Đại học nói chung và trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ
thuật Kiên Giang nói riêng trang bị các bộ thí nghiệm phục vụ cho việc dạy và học
môn học này. Tuy nhiên, đối với kết nối hệ thống điều khiển Profibus không có tài
liệu nào nói rõ và trình bày cụ thể cách thức liên kết hệ thống Profibus, chỉ nêu ra lý
thuyết cho việc điều khiển. Từ đó, người học cảm thấy khó hiểu và không thể ứng

dụng Profibus trong hệ thống điều khiển tự động.
Từ những lý do trên, cùng với lòng yêu nghề của bản thân, qua kinh nghiệm
trong thời gian giảng dạy và nghiên cứu, quyết định chọn đề tài: Ứng dụng TIA
Portal kết nối hệ thống mạng Profibus trong môn học Điều khiển lập trình, nhằm
tạo cho người học có một tâm thế thoải mái, hứng thú với việc học của mình, tiếp thu
bài học nhanh hơn tốt hơn.
Hiện nay, trong nhà trường chưa tài liệu nào hoàn chỉnh đáp ứng được trong
giảng dạy cho học sinh – sinh viên, trong chương trình môn học Điều khiển lập trình
cũng chưa đưa vào. Do đó, đây là giải pháp hoàn toàn mới, được áp dụng lần đầu tiên
tại trường.
3. Kết quả thực hiện và phạm vi áp dụng nhân rộng.
- Hiệu quả trong công tác giảng dạy: Kể từ khi đề tài được triển khai, áp dụng
cho sinh viên khoa Điện – Điện tử, kết quả thu được cho thấy, chất lượng giờ giảng
tăng lên rất nhiều so với trước đây. Người học cảm thấy hứng thú hơn, tiếp thu bài
học tốt hơn, bài tập mà giáo viên giao cho người học về nhà chuẩn bị trước đều đáp
ứng đúng yêu cầu, do đó thời gian chỉnh sửa bài tập giảm đi đáng kể. Công việc giảng
dạy của giáo viên đơn giản hơn rất nhiều, hiệu quả tăng cao.
- Sáng kiến, kinh nghiệm này được áp dụng trong Khoa Điện – Điện tử trường
CĐ. KT – KT Kiên Giang và các cơ sở giáo dục dạy nghề có đào tạo ngành Điện
công nghiệp, ngoài ra còn ứng dụng trong hệ thống dây chuyền sản suất của các nhà
máy.

Trang 2


PHẦN THỨ HAI : NỘI DUNG
Trong bản giải pháp ứng dụng tiến bộ kỹ thuật này gồm có các phần sau :

I.

DẪN NHẬP

II.

NHỮNG KHÓ KHĂN

III.

NHỮNG GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC KHÓ KHĂN

IV.

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐẠT ĐƯỢC

V.

KẾT LUẬN

Trang 3


I. DẪN NHẬP
Để đảm bảo chất lượng trong quá trình đào tạo thì người dạy phải tiến hành các
hoạt động làm cho các em ham học, có động cơ học tập đúng đắn thì sẽ học tốt.
Người học cũng phải dành nhiều thời gian cho việc tự nghiên cứu bài học của mình.
Vậy, làm thế nào để bài giảng được sinh động, cuốn hút sự chú ý tham gia của người
học, thúc đẩy động cơ học tập đúng đắn của học sinh - sinh viên, giúp cho người học
hoạt động học tập tốt, nâng cao chất lượng sinh viên khi ra trường.
Nhằm tạo môi trường học tập sinh động, thúc đẩy tính độc lập, chủ động, sáng
tạo cũng như thu hút sự quan tâm của học sinh - sinh viên là mối quan tâm của mỗi

giáo viên trong nhà trường. Giáo viên luôn tích cực cải tiến các phương pháp dạy học
sao cho phù hợp với người học. Tạo cho người học có một tâm thế thoải mái, hứng
thú với việc học của mình.
Một trong những biện pháp đáp ứng được các yêu cầu trên, đó là người giáo
viên cần phải có những biện pháp hướng dẫn phù hợp, tích cực nhất. Đồng thời, bài
giảng đó, môn học đó cũng có những bài tập minh họa sinh động, những bài thí
nghiệm gắn liền với thực tiễn.
Từ những trăn trở trên, cùng với lòng yêu nghề của bản thân, qua kinh nghiệm
trong thời gian giảng dạy, người viết quyết định chọn đề tài: Ứng dụng TIA Portal
kết nối hệ thống mạng Profibus.

Trang 4


II. NHỮNG KHÓ KHĂN
Profibus phục vụ cho việc trao đổi thông tin nhỏ nhưng đòi hỏi tốc độ truyền
nhanh. Profibus được xây dựng tối ưu cho việc kết nối các thiết bị trường với máy
tính điều khiển. Profibus phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu cao về tính năng thời gian
trong trao đổi dữ liệu giữa cấp điều khiển cũng như các bộ PLC hoặc các máy tính
công nghiệp với các ngoại vi phân tán ở cấp trường như: thiết bị đo, truyền động và
van. Việc trao đổi chủ yếu được thực hiện tuần hoàn theo cơ chế Master/Slave.
Trong môn học Điều khiển lập trình nâng cao, trong các trường Đại học nói
chung và trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Kiên Giang nói riêng đã trang bị mô
hình thí nghiệm phục vụ cho việc dạy và học môn học này. Tuy nhiên, đây là các thiết
bị mới đòi hỏi người sử dụng có thời gian nghiên cứu, thí nghiệm trực tiếp và kinh
nghiệm của người lập trình. Tài liệu hướng dẫn hạn chế hầu như chỉ giới thiệu và
nguyên lý cơ bản. Vì thế, việc tiếp cận hệ thống điều khiển Profibus mất rất nhiều thời
gian, dễ gây nhầm lẫn cho người học. Từ đó, người học cảm thấy chán, không hứng
thú với môn học này.
III. NHỮNG GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC KHÓ KHĂN

Đứng trước những khó khăn và thách thức đặt ra là làm thế nào giúp cho người
dạy và người học có thể giải quyết những khó khăn trên. Giúp cho người học thuận
tiện hơn trong liên kết mạng điều khiển Profibus. Qua quá trình nghiên cứu ứng dụng
TIA Portal đã đáp ứng được các yêu cầu cơ bản trong việc kết nối hệ thống mạng
Profibus.
Giới thiệu sơ lược TIA Portal kết nối hệ thống mạng Profibus:
Mỗi hệ thống Profibus-DP bao gồm nhiều loại thiết bị cài đặt tùy theo tính năng
hoạt động. Cơ bản có 3 loại sau được phân theo công việc:
Trạm chủ DP cấp 1(DP Master Class 1):

Trang 5


o Các thiết bị này trao đổi dữ liệu với các trạm tớ theo một chu trình được
định trước.
o Trạm chủ DP cấp 1 thường là các bộ điều khiển trung tâm:
o PLC, PC, hoặc các module của bộ điều khiển trung tâm.
Trạm chủ DP cấp 2(DP Master Class 2):
o Là các máy lập trình, công cụ đặt cấu hình vận hành, chẩn đoán hệ thống
bus.
o Các thiết bị này được dùng khi khởi động hệ thống để đăt cấu hình cho hệ
thống DP.
o Ngoài các dịch vụ cấp 1, các thiết bị này còn cung cấp các hàm đặc biệt
phục vụ đặc cấu hình hệ thống, chẩn đoán trạng thái, truyền nạp chương
trình,…
Trạm tớ(DP Slave):
o Không có vai trò kiểm soát truy cập bus.
o Là các thiết bị vào/ra.
o Các thiết bị trường(bộ truyền động, màn hình HMI, van, cảm biến)

Trang 6


Thêm module IE/PB Link PN IO vào Network:

1. Double click “Devices & networks”
2. Chọn “Network components”
3. Chọn “Gateways”
4. Chọn “IE/PB Link PN IO”
5. Chọn model “6GK1 411-5AB00”
6. Click vào kéo thả vào vị trí như hình
7. Ta được module IE/PB như hình
Cấu hình module IE/PB Link PN IO:
Chọn thiết bị điều khiển cho module IE/PB (PROFINET IO Controller)

Trang 7


1. Click vào “Not assigned”
2. Chọn module Master CPU 412-2 PN ta được hình sau

Trang 8


Cấu hình cho module IE/PB Link PN IO

Trong phần “Device view” chọn “Gateway_1” hoặc double click vào “IE/PB Link PN
IO” như trong hình (trong phần “Network view”)

Trang 9

Trong phần “General”, ta có thể thay đổi tên của module IE/PB nếu muốn tại mục “Name”

Trong phần “Network gateway” chọn “Network gateway as PROFINET IO proxy”

Trong phần “PROFINET interface [X1]” => “Ethernet addresses”, tại đây ta có thể
thay đổi IP address của module IE/PB

Trang 10


Trong phần “DP/MPI interface [X2]” => chọn “PROFIBUS address”, tại đây click
chọn “Add new subnet” để tạo 1 mạng Profibus mới => ta được hình sau

Muốn thay đổi thông số của mạng Profibus, ta làm như sau

1. Right click vào đường mạng Profibus
2. Chọn “Properties” => Bảng tiếp theo

Trang 11


Trong phần “Network settings”, ta có thể thay đổi tốc độ truyền của mạng Profibus (ở
đây ta chọn 500kbps)
Các thông số khác để mặc định:
Liên kết các Slave với Master thông qua module IE/PB:

1. Chọn “Not assigned”
2. Chọn “Gateway_1…”

Làm tương tự cho các Slave còn lại, ta được như sau:

Trang 12


Cấu hình cho các Module:
Cấu hình cho CPU S7-1200 AC/DC/Rly:

3. Chọn “Slave 1…”
4. Chọn module Profibus CP1242-5
Trang 13


5. Trong phần “DP interface” => “Operating mode” => chọn “I-slave
communication”
6. Trong phần này, ta quy định vùng địa chỉ truyền nhận giữa Slave 1 và Master.
Ví dụ: như trong hình, nếu ta muốn ngõ vào I0.0 (Master) điều khiển ngõ ra
Q0.0 (Slave1) thì ta phải làm theo các bước sau
- Trong chương trình của Master: Xuất I0.0 (Master) => Q50.0 (DP Slave1)
- Trong chương trình của Slave1: Đọc I60.0 (DP Slave1) => Q0.0 (Slave1)
- Trong module profibus của Slave1: Q50.0 => I60.0 (quá trình này là hoàn
toàn tự động bên trong module profibus).

Cấu hình cho CPU S7-1200 DC/DC/DC:
Tương tự như cho Slave 1

Trang 14


Cấu hình cho CPU S7-300:

Tương tự như cho Slave 1

Trang 15


Chương trình để truyền dữ liêu với CPU S7-300 trong Master cũng giống như
CPU S7-1200 trên.
Tuy nhiên, không giống như module Profibus của S7-1200, module Profibus
của S7-300 CP342-5 truyền nhận dữ liệu với Master thông qua 2 hàm DP_RECV và
DP_SEND

Chức năng: Gửi dữ liệu từ Slave sang Master
CPLADDR: địa chỉ bắt đầu của I/O address, được xác định bằng cách

Trang 16


SEND: dữ liệu được gửi đi (Lưu ý: Nếu trong phần cấu hình của DP Slave3, ta chọn
vùng dữ liệu là 1 byte thì ở lệnh DP_SEND ta phải gửi 1 byte, nếu là 2 byte thì ta phải
gửi 2 byte, nếu không Profibus sẽ báo lỗi)

Cũng tương tự như lệnh DP_SEND, lệnh này nhận dữ liệu từ Master gửi về

IV. KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐẠT ĐƯỢC :
Sau khi ứng dụng TIA Portal kết nối hệ thống mạng Profibus giảng dạy cho
nhóm Công nghệ kỹ thuật Điện – điện tử Cao đẳng Khóa 7 của môn học phần thay
thế tốt nghiệp, kết quả thu được cho thấy:
- Chất lượng giờ giảng tăng lên rất nhiều, sinh viên cảm thấy hứng thú hơn, tiếp
thu bài học tốt hơn, bài tập mà giáo viên giao cho người học về nhà chuẩn bị trước
đều đáp ứng đúng yêu cầu, do đó thời gian chỉnh sửa bài tập giảm đi đáng kể.

- Ứng dụng TIA Portal kết nối hệ thống mạng Profibus tạo cơ sở quan trọng cho
các giáo viên tìm hiểu, nghiên cứu từ đó tiếp tục nghiên cứu sâu hơn chức năng liên
kết giữa các thiết bị điều khiển để ứng dụng rộng hơn về điều khiển, giám sát.
- Phát huy và triển khai hết tính năng của thiết bị của nhà trường, phục vụ tốt
công tác đào tạo, tham gia tư vấn tự động điều khiển cho các xí nghiệp nhà máy sản
suất.

Trang 17


Kết quả khảo sát sự tiếp thu bài học của người học đạt được như sau: Nhóm có
08 sinh viên Công nghệ kỹ thuật Điện – điện tử Cao đẳng Khóa 7 của môn học phần
thay thế tốt nghiệp, kết quả thu được cho thấy 100% hiểu và thực hiện tốt việc ứng
dụng TIA Portal kết nối hệ thống mạng Profibus.
V. KẾT LUẬN
Trên đây chỉ là một kinh nghiệm nhỏ mà người viết đã áp dụng vào công tác
giảng dạy môn học Điều khiển lập trình và đã bước đầu đạt được các kết quả cao.
Người viết không dám quả quyết rằng, chỉ ứng dụng trên là có thể giải quyết được
tình trạng học tốt của sinh viên. Bởi vì, đây cũng chỉ là một phần hỗ trợ trong việc
giải quyết vấn đề khó trong hệ thống điều khiển Profibus.
Tuy nhiên, với tâm huyết nghề nghiệp, xem chất lượng giáo dục là mối quan tâm
hàng đầu, tôi nghĩ với ứng dụng TIA Portal kết nối hệ thống mạng Profibus này cũng
một phần giúp cho người dạy và người học cảm thấy dễ dàng hơn trong việc tiếp thu
môn học, hiểu bài sâu hơn, chất lượng giờ học từ đó cũng tăng lên đáng kể.
Rạch Giá, ngày 16 tháng 05 năm 2016
DUYỆT

Người viết

Trang 18