Hệ thu thập dữ liệu ĐK và TSL - Hệ thống trộn nhiên liệu sử dụng WinCC và S7300

Mục lục
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .......................................................................................................... 2
1. Lý thuyết cơ bản về PLC S7-300 .................................................................................... 2
2. Lý thuyết về HMI (dùng WinCC của SIEMENS) ......................................................... 5
II. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ ..................................................................................................... 8
1. Phân tích công nghệ ........................................................................................................ 8
2. Vẽ giao diện HMI ............................................................................................................ 9
3. Thực hiện bài toán điều khiển (mạch lực, bảng định địa chỉ, sơ đồ đấu dây) .............. 9
4. Trình bày về vai trò của các thiết bị và giao thức truyền thông giữa chúng theo mô
hình phân cấp chức năng trong hệ thống mạng công ty ................................................. 14
III. KẾT LUẬN..................................................................................................................... 17
1. Các nội dung đã đạt được trong đề tài ......................................................................... 17
2. Các hạn chế tồn tại và phương pháp khắc phục.......................................................... 17

1


I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Lý thuyết cơ bản về PLC S7-300
a. Giới thiệu PLC S7-300:
 PLC S7-300 là thiết bị điều khiển logic khả trình cỡ trung bình.
 Thiết kế dựa trên tính chất của PLC S7-200 và bổ sung các tính năng mới
 Kết cấu theo kiểu các module sắp xếp trên các thanh rack.
b. Ứng dụng:
 Điều khiển robot công nghiệp
 Hệ thống xử lý nước sạch
 Điều khiển trong các cẩu trục
 Điều khiển dây chuyền băng tải.
 Máy chế tạo công cụ
 Máy dệt may v.v...
c. CPU S7-300:

 Chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thời gian, bộ đếm, cổng
truyền thông (RS485)… và có thể có vài cổng vào/ra số onboard.
 PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau, được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong
CPU như CPU312, CPU314, CPU315, CPU316, CPU318…
 Với các CPU có hai cổng truyền thông, cổng thứ hai có chức năng chính là phục
vụ việc nối mạng phân tán có kèm theo những phần mềm tiện dụng được cài đặt
sẵn trong hệ điều hành. Các loại CPU này được phân biệt với các CPU khác bằng
tên gọi thêm cụm từ DP. Ví dụ Module CPU 314C-2DP…

Hình 1.1: CPU PLC Siemens
d. Các module mở rộng
Các module mở rộng của PLC S7-300 chia làm 5 loại:
2


 Power Supply (PS): module nguồn nuôi, có 3 loại là 2A, 5A và 10A.
 Signal Module (SM): module tín hiệu vào ra số, tương tự.
 DI: Digital Input
 DO: Digital Output
 DI/DO: Digital Input/Output
 AI: Analog Input
 AO: Analog Output
 AI/AO: Analog Input/Output
 Interface Module (IM): module ghép nối, ghép nối các thành phần mở rộng lại
với nhau. Một CPU có thể làm việc trực tiếp nhiều nhất 4 rack, mỗi rack tối đa 8
Module mở rộng và các rack được nối với nhau bằng Module IM.
 Function Module (FM): module chức năng điều khiển riêng. Ví dụ module điều
khiển động cơ bước, module điều khiển PID.
 Communication Processor (CP): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa
các bộ PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.

Hình 1.2: Module mở rộng của PLC S7-300
Tùy theo quá trình tự động hóa 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 (Interfere Mudule): hệ thu thập dữ liệu và truyền số liệu.
 Module tín hiệu SM (Signal Module):
3


 Vào số: 8 kênh, 16 kênh, 32 kênh.
 Ra số: 8 kênh, 16 kênh, 32 kênh.
 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, 8 kênh vào 8 kênh
ra
 Module hàm FM (Function Module)
 Đếm tốc độ cao.
 Truyền thông CP340, CP340-1, CP341.
 Module điều khiển (Control Module)
 Module điều khiển PID.
 Module điều khiển Fuzzy.
 Module điều khiển robot.
 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 các 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 và cứ thế tiếp tục.
Khi gá module số vào, ra lên một khe nào lập tức nó được mang 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 kệnh đứng sau, giữa 2 số là 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.
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 16bit (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.
4


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.
2. Lý thuyết về HMI (dùng WinCC của SIEMENS)
a. Giới thiệu phần mềm 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 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.
5


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
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:
Chương trình soạn thảo
Alarm Logging
(Báo động)
User Administrator
(Quản lý người dùng)
Text Library
(Thư viện văn bản)
Report Designer

(Báo cáo)

Giải thích
Nhận các thông báo từ các quá trình để chuẩn bị, hiển
thị, hồi đáp và lưu trữ các thông báo này.
Cho phép các nhóm và người sử dụng điều khiển truy
nhập.
Chứa các văn bản tùy thuộc ngôn ngữ do người dùng
tạo ra.
Cung cấp hệ thống báo cáo được tích hợp có thể sử
dụng để báo cáo dữ liệu, các giá trị, thông báo hiện
hành và đã lưu trữ, hệ thống tài liệu của chính người
sử dụng.
6


Cho phép tạo các dự án động tùy thuộc vào từng yêu
cầu đặc biệt. Bộ soạn thảo này cho phép tạo các hàm
và các thao tác có thể được sử dụng trong một hay
nhiều dự án tùy theo kiểu của chúng.
Xử lý các giá trị đo lường và lưu trữ chúng trong thời
Tag Logging
(Hiển thị giá trị xử lý)
gian dài.
Cung cấp các màn hình hiển thị và kết nối đến các quá
Graphics Designer
(Thiết kế đồ họa)
trình.
Bảng 1.1: Bộ soạn thảo trong WinCC
Global Script

(Viết chương trình)

Tất cả các Module 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:
7

 Binary Tag: kiểu nhị phân.
 Signed 8 – Bit Value: kiểu 8 bit có dấu.
 Unsigned 8 – Bit Value: kiểu 8 bit không dấu.
 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.
b. 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.
II. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
1. Phân tích công nghệ
Tổng số cuối MSV của các thành viên trong nhóm: 1 + 5 + 3 + 1 = 10
→N=2
Tỷ lệ trộn nguyên liệu 1:2.
Ấn nút START để khởi động hệ thống. Ấn AUTO để trộn nguyên liệu theo chế độ tự
động. Ấn nút MANUAL để điều khiển trộn bằng tay.

Trong chế độ tự động, đầu tiên, hệ thống sẽ bơm nhiên liệu bằng 2 máy bơm. Trong
đó, máy bơm 1 sẽ bơm trong 6 giây và máy bơm 2 sẽ bơm trong 12 giây. Sau đó hệ thống
sẽ tiến hành trộn nhiên liệu. Hệ thống sẽ lần lượt trộn theo chiều thuận và trộn theo chiều
nghịch trong 5 giây. Sau khi trộn xong, sẽ tiến hành mở van để xả nhiên liệu trong 5 giây.
Trong chế độ trộn bằng tay, người dùng có thể sử dụng 3 nút BƠM, TRỘN, XẢ để điều
khiển theo yêu cầu.
8


Để dừng hệ thống, ta nhấn nút STOP.
2. Vẽ giao diện HMI

Hình 1.2: Giao diện HMI hệ thống trộn nhiên liệu
3. Thực hiện bài toán điều khiển (mạch lực, bảng định địa chỉ, sơ đồ đấu dây)
a. Bảng định địa chỉ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Symbol
BOM1
BOM2

I-AUTO
I-B1B2
I-MANUAL
I-START
I-STOP
I-TRON
I-XA
TRONNGHICH
TRONTHUAN

Address
Q0.0
Q0.1
I0.2
I0.4
I0.3
I0.0
I0.1
I0.5
I0.6
Q0.3
Q0.2

Comment
Bơm 1
Bơm 2
Chế độ chạy tự động
Điều khiển bơm 1, bơm 2 ở chế độ bằng tay
Chế độ điều khiển bằng tay
Khởi động hệ thống

Dừng hệ thống
Điều khiển động cơ trộn ở chế độ bằng tay
Điều khiển van xả ở chế độ bằng tay
Trộn nghịch
Trộn thuận
9


12

XA

Q0.4

Xả

b. Chương trình điều khiển

10


11


c. Sơ đồ đấu dây

12


Hình 2.1: Sơ đồ đấu dây

13


4. Trình bày về vai trò của các thiết bị và giao thức truyền thông giữa chúng theo
mô hình phân cấp chức năng trong hệ thống mạng công ty
a. Các cấp chức năng cơ bản
 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.
 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.

 Cấp điều hành quá trình:
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. 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
14


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 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.
b. Các cấp cơ bản của hệ thống mạng công nghiệp
 Bus trường, bus thiết bị:
Bus trường (fieldbus) là một khái niệm chung được dùng trong các ngành
công nghiệp để chỉ các hệ thống bus nối tiếp, sử dụng kỹ thuật truyền tin số để kết
nối các thiết bị thuộc cấp điều khiển (PC, PLC) với nhau và với các thiết bị ở cấp
chấp hành, hay các thiết bị trường. Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo
lường, dẫn động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết. Các thiết bị có
khả năng nối mạng là các bộ vào/ ra phân tán, các thiết bị cảm biến hoặc cơ cấu
chấp hành có tích hợp khả năng xử lý truyền thông. Một số kiểu bus trường chỉ
thích hợp nối mạng các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành với các bộ điều khiển,
cũng được gọi là bus chấp hành/cảm biến.

Khái niệm bus thiết bị được dùng phổ biến trong công nghiệp chế tạo như tự
động hoá dây chuyền sản xuất, gia công, lắp ráp hoặc ở một số lĩnh vực ứng dụng
khác như tự động hoá toà nhà, sản xuất xe hơi. Bus thiết bị và bus trường có chức
năng tương đương, nhưng do những đặc trưng riêng biệt của hai ngành công nghiệp,
nên một số tính năng cũng khác nhau. Tuy nhiên sự khác nhau này ngày càng không
rõ rệt, trong thực tế người ta cũng dùng chung một khái niệm là bus trường.
Nhiệm vụ của bus trường là chuyển dữ liệu quá trình lên cấp điều khiển để
xử lý và chuyển quyết định điều khiển xuống các cơ cấu chấp hành, vì vậy yêu cầu
về tính năng thời gian thực được đặt lên hàng đầu. Thời gian phản ứng tiêu biểu
nằm trong phạm vi từ 0,1 tới vài ms. Trong khi đó, yêu cầu về lượng thông tin trong
một bức điện thường chỉ cần ở phạm vi Mbit/s hoặc thấp hơn. Việc trao đổi thông
tin về các biến quá trình chủ yếu mang tính chất định kỳ, tuần hoàn, bên cạnh các
thông tin cảnh báo có tính chất bất thường.
Các hệ thống bus trường được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là PROFIBUS,
ControlNet, Interbus-S, CAN, WorldFIP, P-NET, Modbus và gần đây có
15


Foundation Fieldbus, DeviceNet, AS-i, EIB và Bitbus là một vài hệ thống bus cảm
biến/chấp hành tiêu biểu có thể nêu ra ở đây.
 Bus hệ thống, bus quá trình:
Các hệ thống mạng công nghiệp được dùng để kết nối các máy tính điều
khiển và các máy tính trên cấp điều khiển giám sát với nhau được gọi là bus hệ
thống (system bus) hay bus quá trình (process bus). Bus quá trình thường chỉ được
dùng trong lĩnh vực điều khiển quá trình. Qua bus hệ thống mà các máy tính điều
khiển có thể phối hợp hoạt động, cung cấp dữ liệu quá trình cho các trạm kỹ thuật
và trạm quan sát (có thể gián tiếp thông qua hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu trên các
trạm chủ) cũng như nhận mệnh lệnh, tham số điều khiển từ các trạm phía trên.
Thông tin không những được trao đổi theo chiều dọc, mà còn theo chiều ngang.
Các trạm thao tác và các trạm chủ cũng trao đổi dữ liệu qua bus hệ thống. Ngoài ra

các máy in báo cáo và dữ liệu lưu trữ cũng được kết nối qua mạng này.
Sự phân biệt giữa các khái niệm bus trường và bus hệ thống không bắt buộc
nằm ở sự khác nhau về kiểu bus được sử dụng, mà ở mục đích sử dụng hay nói
cách khác là ở các thiết bị được ghép nối. Trong một số giải pháp, một kiểu bus
duy nhất được dùng cho cả hai cấp này.
Đối với bus hệ thống, tuỳ theo lĩnh vực ứng dụng mà đòi hỏi về tính năng
thời gian thực có được đặt ra một cách ngặt nghèo hay không. Thời gian phản ứng
tiêu biểu nằm trong khoảng một vài trăm ms, trong khi lưu lượng thông tin cần trao
đổi lớn hơn nhiều so với bus trường. Tốc độ truyền thông tiêu biểu của bus hệ thống
nằm trong phạm vi từ vài trăm kBit/s đến vài Mbit/s.
Do các yêu cầu về tốc độ truyền thông và khả năng kết nối dễ dàng nhiều
loại máy tính, kiểu bus hệ thống thông dụng nhất là Ethernet cũng như Industrial
Ethernet. Ngoài ra còn sử dụng PROFIBUS-FMS, Modbus Plus và Fieldbus
Foundation’s High Speed Ethernet.
 Mạng xí nghiệp:
Mạng xí nghiệp thực ra là một mạng LAN bình thường, có chức năng kết nối
các máy tính văn phòng thuộc cấp điều hành với cấp điều khiển giám sát. Thông
tin được đưa lên trên bao gồm trạng thái làm việc của các quá trình kỹ thuật, các
giàn máy cũng như của hệ thống điều khiển tự động, các số liệu tính toán, thống kê
về diễn biến quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm. Thông tin theo chiều ngược
lại là các thông số thiết kế, công thức điều khiển và mệnh lệnh điều hành. Ngoài ra,
thông tin cũng được trao đổi mạnh theo chiều ngang giữa các máy tính thuộc cấp
16


điều hành sản xuất, ví dụ: hỗ trợ kiểu làm việc theo nhóm, cộng tác trong dự án, sử
dụng chung các tài nguyên nối mạng (máy in, máy chủ...).
Khác với các hệ thống bus cấp dưới, mạng xí nghiệp không yêu cầu nghiêm
ngặt về tính năng thời gian thực. Việc trao đổi dữ liệu thường diễn ra không định
kỳ, nhưng có khi với số lượng lớn tới hàng MBytes. Hai loại mạng được dùng phổ

biến cho mục đích này là Ethernet và Token-Ring, trên cơ sở các giao thức chuẩn
như TCP/IP và IPX/ SPX.
 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.
III. KẾT LUẬN
1. Các nội dung đã đạt được trong đề tài
 Viết được chương trình điều khiển hệ thống hoạt động trên PLC S7-300.
 Viết được giao diện điều khiển trên WinCC.
 Hệ thống có 2 chế độ tự động và điều khiển bằng tay.
 Hệ thống bơm, trộn, xả nhiên liệu hoạt động chính xác.
2. Các hạn chế tồn tại và phương pháp khắc phục
 Giao diện điều khiển trên WinCC còn một vài điểm chưa hợp lý.

17