Hệ thu thập dữ liệu và điều khiển: Hệ thống trộn nhiên liệu

Đại học Công nhiệp Hà Nội

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

BÀI TẬP LỚN MÔN HỆ THU THẬP ĐIỀU KHIỂN & TRUYỀN SỐ
LIỆU
Đề: Cho hệ thống trộn nhiên liệu gồm 1 bồn chứa, 2 máy bơm PUMP 1
bơm nhiên liệu 1, PUMP 2 bơm nhiên liệu 2.
ĐC trộn để khuấy 2 nhiên liệu.
Cảm biến 1 báo nhiên liệu 1, cảm biến 2 báo nhiên liệu 2.
Video chi tiết: />v=XRxNg0ARfUs&feature=youtu.be

1


Đại học Công nhiệp Hà Nội

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

I, Cơ sở lý thuyết
1.

Giới thiệu s7-300

WinCC viết trên phần mềm TIA Portal bản v13 sp1, dùng WinCC RunTime Professional
version v13.0.1.0
• Giới thiệu về thiết bị khả trình
Thiết bị điều khiển logic khả trình (Progarammable Logic Controller) là loại thiết bị thực hiện
linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay vì phải thực
hiện thuật toán đó bằng mạch số. Như vậy, PLC là một bộ điều khiển gọn nhẹ và dễ trao đổi
thông tin với môi trường bên ngoài (với các PLC hoặc máy tinh khác). Toàn bộ chương trình

điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình và được thực
hiện theo chu kì của vòng quét (scan).
Để thực hiện một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có chức năng như một máy
tính, nghĩa là phải có một bộ vi sử lí (CPU), một hệ điều hành , một bộ nhớ để lưu chương
trình điều khiển, dữ liệu và tất nhiên phải có các thiết bị vào ra để giao tiếp được với đ
thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó nhằm khắc phục bài toán điều khiển số
PLC cần phải có thêm một số khối chức năng đặc biệt như bộ đếm (Counter), bộ định thời
(Timer) … và những khối hàm chuyên dùng.
Ưu điểm của bộ điều khiển lập trình so với bộ nối dây:
- Tính năng mở rộng: khả năng mở rộng sử lí bằng cách thay đổi chương trình lập
trình một cách dễ dàng.
- Độ tin cậy cao.
- Cách kết nối các thiết bị điều khiển đơn giản.
- Hình dáng PLC gọn nhẹ.
- Giá thành và chi phí lắp đặt thấp.
- Phù hợp với môi trường công nghiệp.
Các ứng dụng của PLC trong sản xuất và trong dân dụng :
- Hệ thống sử lí nước sạch.
- Công nghệ thực phẩm.
- Công nghệ chế biến dầu mỏ.
- Công nghệ sản xuất vi mạch.
- Điều khiển các máy công cụ.
- Điều khiển và giám sát dây chuyền sản xuất.
- Điều khiển hệ thống đèn giao thông.
• Các module của PLC S7-300.
Để tăng tính mềm dẻo trong các ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều
khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các
bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành
các module. Số các module được sử dụng nhiều hay ít tuỳ thuộc vào từng bài toán, song tối
thiểu bao giờ cũng có module chính (module CPU, module nguồn). Các module còn lại

là những module truyền nhận tín hiệu với các đối tượng điều khiển, chúng được gọi là các
module mở rộng. Tất cả các module đều được gá trên một thanh Rack.
• Module CPU:
2


Đại học Công nhiệp Hà Nội

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

3


Đại học Công nhiệp Hà Nội

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

Đây là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ
đếm, cổng truyền thông,… và có thể có các cổng vào/ra số. Các cổng vào/ra tích hợp
trên CPU gọi là cổng vào ra onboard.
Trong họ PLC S7-300, các module CPU có nhiều loại và được đặt tên theo bộ vi xử
lý bên trong như : CPU 312, CPU 314, CPU 316,…. Những module cùng một
bộ vi xử lý nhưng khác nhau số cổng vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc
biệt thì được phân biệt bằng cụm chữ cái IFM (Intergrated Function Module).
Ví dụ như CPU 312IFM, CPU 314IFM,….
Ngoài ra, còn có loại module CPU có hai cổng truyền thông, trong đó cổng
thứ hai dùng để nối mạng phân tán như mạng PROFIBUS (PROcess Field BUS).
Loại này đi kèm với cụm từ DP (Distributed Port) trong tên gọi. Ví dụ module
CPU315-DP.
• Module mở rộng:

Các module mở rộng được thành 5 loại :
PS (Power Supply): module nguồn là module tạo ra nguồn có điện áp 24Vdc cấp
nguồn cho các module khác. Có 3 loại: 2A, 5A và 10A.

2SM (Signal Module): Module mở rộng vào/ra, bao gồm :
a) DI (Digital Input): module mở rộng cổng vào số. Số các cổng vào số mở rộng
có thể là 8, 16 hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại module.
b) DO (Digital Output): module mở rộng cổng ra số. Số các cổng vào số mở rộng

có thể là 8, 16 hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại module

4


Đại học Công nhiệp Hà Nội

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

c) DI/DO (Digital Input/Digital Otput): module mở rộng cổng vào/ra số. Số

các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/16 ra tuỳ thuộc
vào từng loại module.
d) AI (Analog Input): module mở rộng cổng vào tương tự. Bản chất chúng là

những bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC). Số các cổng vào tương tự có
thể là 2, 4 hoặc 8 tuỳ từng loại module, số bit có thể là 8,10,12,14,16
tùy theo từng loại module.
e) AO (Analog Output): module mở rộng cổng ra tương tự. Chúng là những bộ

chuyển đổi từ số sang tương tự (DAC). Số cổng ra tương tự có thể là 2 hoặc 4

tuỳ từng loại module.
f) AI/AO (Analog Input/Analog Output): module mở rộng vào/ra tương tự. Số các
cổng vào ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4 vào/4 ra tuỳ từng loại module.
IM (Interface Module): Module kết nối.
Đây là loại module dùng để kết nối từng nhóm các module mở rộng thành một khối
và được quản lý bởi một module CPU. Thông thuờng các module mở rộng được gá
liền nhau trên một thanh rack. Mỗi thanh rack chỉ có thể gá được nhiều nhất 8 module
mở rộng (không kể module CPU và module nguồn). Một module CPU có thể làm việc
nhiều nhất với 4 thanh rack và các rack này phải được nối với nhau bằng module IM.
FM (Function Module) : Module có chức năng điều khiển riêng như: module điều
khiển động cơ bước, module điều kiển động cơ servo, module PID,…
5


Đại học Công nhiệp Hà Nội

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

CP (Communication Processor) : Module truyền trông giữa PLC với PLC hay giữa
PLC với PC.
• Cấu trúc chương trình.
Chương trình cho S7-300 được lưu trong bộ nhớ của PLC ở vùng dành riêng cho
chương trình. Ta có thể được lập trình với hai dạng cấu trúc khác nhau:
• Lập trình tuyến tính.
Toàn bộ chương trình điều khiển nằm trong một khối trong bộ nhớ. Loại lập trình cấu
trúc chỉ thích hợp cho những bài toán tự động nhỏ, không phức tạp.

B1

Lệnh 1

Lệnh 2
…

Khối được chọn là khối OB1, là khối mà PLC luôn luôn quét và thực hiện các lệnh
trong nó thường xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và quay lại lệnh đầu tiên.
Lập trình cấu trúc.
Chương trình được chia thành những phần nhỏ với từng nhiệm vụ riêng biệt và các
phần này nằm trong những khối chương trình khác nhau. Loại lập trình có cấu trúc
phù hợp với những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp. Các khối cơ bản :
- Khối OB (Organization Block): khối tổ chức và quản lý chương trình điều
khiển. Có nhiều loại khối OB với những chức năng khác nhau. Chúng được
phân biệt với nhau bằng số nguyên theo sau nhóm ký tự OB, ví dụ như OB1,
OB35, OB80….
- Khối FC (Program Block): khối chương trình với những chức năng riêng biệt
giống như một chương trình con hay một hàm (chương trình co có biến hình
thức). Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối FC và các khối FC này
được phân biệt với nhau bằng số nguyên theo sau nhóm ký tự FC,
chẳng hạn như FC1, FC2, …
- Khối FB (Function Block): là khối FC đặt biệt có khả năng trao đổi một
lượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác. Các dữ liệu này phải được tổ
chức thành khối dữ liệu riêng được gọi là Data Block. Một chương trình ứng
dụng có thể có nhiều khối FB và các khối FB này được phân biệt với nhau
bằng số nguyên theo sau nhóm ký tự FB. Chẳng hạn như FB1, FB2, …
- Khối DB (Data Block): khối dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình. Các
6


Đại học Công nhiệp Hà Nội

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

tham số của khối do người sử dụng tự đặt. Một chương trình ứng dụng có thể
có nhiều khối DB và các khối DB này được phân biệt với nhau bằng số
nguyên theo sau nhóm ký tự DB. Chẳng hạn như DB1, DB2, …
Chương trình trong các khối được liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối và chuyển
khối. Các chương trình con được phép gọi lồng nhau, tức từ một chương trình con này
gọi một chương trình con khác và từ chương trình con được gọi lại gọi một chương
trình con thứ 3.
Hệ Điều Hành

OB1

FC1

...
FB5

FB2

...

FB9

...
FC3

...

FC7

Các khối OB đặc biệt
OB10 (Tinme of Day Interrupt ): Chương trình trong khối OB10 sẽ được thực hiện
khi giá trị thời gian của đồng hồ thời gian thực nằm trong một khoảng thời gian đã
được quy định. Việc quy định khoảng thời gian hay số lần gọi OB10 được thực hiện
nhờ chương trình hệ thống SFC28 hay trong bảng tham số của module CPU nhờ
phần mềm STEP 7.
OB20 (Time Relay Interrupt): Chương trình trong khối OB20 sẽ thực hiệnsau một
khoảng thời gian trễ đặt trước kể từ khi gọi chương trình hệ thống SFC32 để
được thực đặt thời gian trễ..
OB35 (Cyclic Interrupt): Chương trình trong khối OB35 sẽ được thực hiện cách đều
nhau một khoảng thời gian cố định. Mặc định, khoảng thời gian này là 100ms,
nhưng ta có thể thay đổi nhờ STEP 7.
OB40 (Hardware Interrupt): Chương trình trong khối OB40 sẽ được thực hiện
khi xuất hiện một tín hiệu báo ngắt từ ngoại vi đưa vào CPU thông qua các cổng
onboard đặc biệt, hoặc thông qua các module SM, CP, FM.
OB80 (Cycle Time Fault ): Chương trình trong khối OB80 sẽ được thực hiện khi thời
gian vòng quét (scan time) vượt quá khoảng thời gian cực đại đã qui định hoặc khi có
một tín hiệu ngắt gọi một khối OB nào đó mà khối OB này chưa kết thúc ở lần gọi
trước. Thời gian quét mặc định là 150ms.
OB81 (Power Supply Fault): Chương trình trong khối OB81 sẽ được thực hiện
khi thấy có xuất hiện lỗi về bộ nguồn nuôi.
OB82 (Diagnostic Interrupt): Chương trình trong khối OB82 sẽ được thực hiện có
sự cố từ các module mở rộng vào/ra. Các module này phải là các module có khả
năng tự kiểm tra mình (diagnostic cabilities)
OB87 (Communication Fault): Chương trình trong khối OB87 sẽ được thực hiện có
7


Đại học Công nhiệp Hà Nội

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

xuất hiện lỗi trong truyền thông.
OB100 (Start Up Information): Chương trình trong khối OB100 sẽ được thực hiện
một lần khi CPU chuyển từ trạng thái STOP sang RUN
OB101 (Cold Start Up Information-chỉ với S7-400): Chương trình trong khối OB101
sẽ được thực hiện một lần khi công tắt nguồn chuyển từ trạng thái OFF sang ON.
11OB121 (Synchronous Error): Chương trình trong khối OB121 sẽ được thực hiện
khi CPU phát hiện thấy lỗi logic trong chương trình đổi sai kiểu dữ liệu hay lỗi truy
nhập khối DB, FC, FB không có trong bộ nhớ.
OB122 (Synchronous Error): Chương trình trong khối OB122 sẽ được thực hiện
khi có lỗi truy nhập module trong chương trình.
1gôn ngữ lập trình.
PLC S7 300 có 3 ngôn ngữ lập trình đó là STL, LAD, FBD nhằm phục vụ cho các đối
tượng sử dụng khác nhau. Tuy nhiên một chương trình viết trên LAD FBD có thể
chuyển sang STL nhưng ngược lại thì không . Và STL có nhiều lệnh mà ngôn ngữ
LAD và FBD không có . Đây cũng có thể là thế mạnh của STL

STL

FBD
LAD

2.

Giới thiệu HMI

WinCC viết trên phần mềm TIA Portal bản v13 sp1, dùng WinCC RunTime
ADVANCE version v13.0.1.0
HMI là gì ? Nó đơn giản chỉ là một thiết bị , một giao diện trung gian để giao tiếp

giữa người vận hành và máy móc thiết bị. HMI là viết tắt của ba chữ cái trong tiếng
Anh: Human-Machine-Interface. Màn hình HMI hiện nay đã được sử dụng phổ biến
và rộng rãi trong công nghiệp, nó có vai trò vô cùng quan trọng trong phần kết nối
người vận hành và các thiết bị máy móc.
8


Đại học Công nhiệp Hà Nội

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

• Phần mềm WinCC của Simen

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 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.
Để xây dựng được giao diện HMI bằng Wincc thi phần cứng phải bao gồm thiết bị
PLC s7 xxx, trong bài này ta sửu dụng PLC s7 300 của Simen dựa theo đầu bài và yêu
cầu công nghệ.
• Cấu trúc của Control Center như sau :
Control center
- WinCC Exploser trong Control Center : giao diện đồ họa cho các cấu hình dưới
đây Window 95 và Window NT
- Quản lí dữ liệu : cung cấp ảnh quá trình với Tag các giá trị theo các loại sau :
+ Chu kì
9


Đại học Công nhiệp Hà Nội

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

+Chu kì sự thay đổi
+Điều khiển sự kiện thời gian
- Truyền dữ liệu từ những hệ thống tự động hóa thwo những cách :
+ Nhận
+ Yêu cầu
Những moodun chức năng
- Hệ thống đồ họa Graphich Designer : trình bày và nối quá trình bằng đồ họa.
- Soạn thảo hoạt động Global Scrip: làm một dự án cho những yêu cầu đặc biệt
- Hệ thống thông báo Alarm Logging : Những thông báo đầu ra và những thông
báo đã nhận tại thông tin ở đầu ra.
- Soạn thảo và lưu trữ nhũng dữ liệu cho phép đo TagLogging
- Hệ thống báo cáo Report Designer : báo cáo những trạng thái hệ thống

Control Center làm cho ta có thể định hướng xuyên qua những ứng dụng WinCC
và dữ liệu của nó qua ít các thao tác. Control Center thao tác tương tự giống như
Exploser trong Windows. Trong WinCC bao gồm 2 cơ sở dữ liệu: một dành cho việc
định dạng hệ thống CS , một dành cho việc chạy thời gian thực Runtime . Khi chạy
Wincc 2 cơ sở dữ liệu này luôn được tải vào và sử dụng song song.
Trong WinCC có nhiều loại dự án khác nhau tùy thuộc vào công việc và quy mô của
dự án
- Dự án đơn Singed – User Project
- Dự án nhiều người dùng Multi – User Project
- Dự án nhiều máy khách Multi – Client Project

• Các thành phần cơ bản trong 1 dự án của WinCC :

10


Đại học Công nhiệp Hà Nội

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

Computer :Quản lý tất cả các Workstation và Serve nằm trong Project.
Tag Managerment : Là khu vực quản lý tất cả các kênh, các quan hệ Logic , các
Tag process, Tag Internal và tag Groups.
- Data Type : Chứa các loại dữ liệu được gán cho các Tag và các kênh khác
- Editor : Trình biên tập bao gồm việc soạn thảo thiết kế điều khiển cũng như
hiển thị cảnh báo của một chương trình WinCC.
-

11

Đại học Công nhiệp Hà Nội

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

Nội dung

I.

1.

Phân tích công nghệ

Hệ thống có hai chế độ hoạt động bằng tay (MANUAL) và tự động
(AUTO).
Ấn START hệ thống hoạt động đèn START báo.
-

Để chạy chế độ tự động nhấn nút AUTO :
BƠM 1 hoạt động bơm nhiên liệu 1 vào thùng chứa. Khi nhiên liệu 1
được bơm tới mức S1 BƠM 1 dừng, BƠM 2 hoạt động bơm nhiên
liệu 2 vào thùng chứa. Khi bơm tới mức S2 BƠM 2 dừng, Động cơ
khuấy bắt đầu hoạt động để trộn nhiên liệu trong khoảng 10s. Sau khi
khuấy xong VAN XẢ mở ra để xả nhiên liệu trong 10s sau đó VAN
XẢ đóng lại. Trễ 2s hệ thống hoạt động lặp lại.
Ấn STOP hệ thống dừng hoạt động.

-

Để chạy chế độ bằng tay nhấn nút MANUAL:

Nhấn nút ONB1 BƠM 1 hoạt động bơm nhiên liệu vào thùng chứa
bơm đến S1 BƠM 1 dừng.
Nhấn nút ONB2 BƠM 2 hoạt động bơm nhiên liệu vào thùng chứa
bơm đến S2 BƠM 2 dừng.
Nhấn nút ONT ĐC trộn hoạt động khuấy trong vòng 10s ĐC trộn
dừng.
Nhấn nút ONV VAN XẢ mở xả nhiên liệu trong 10s sau đó VAN
XẢ đóng lại.

12


Đại học Công nhiệp Hà Nội

2.

Chọn thiết bị

•

Các nút nhấn NO

•

role trung gian IDEC

•

Các khởi động từ LS MC-9b

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

13


Đại học Công nhiệp Hà Nội

•

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

Động cơ bơm:

2 động cơ không đồng bộ 3 pha 380V-0.75kW
•

Động cơ máy khuấy:
động cơ không đồng bộ 3 pha 380V-0.5kW

•

Cảm biến
Dùng phao quả

14


Đại học Công nhiệp Hà Nội

•

Chọn CPU 314C-2PN/DN

3.

Sơ đồ nối dây

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

15


Đại học Công nhiệp Hà Nội

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

16


Đại học Công nhiệp Hà Nội

4.

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

Bảng định chỉ
Name

Address

I-START

I0.0

Chạy hệ thống

I-STOP

I0.1

Dừng hệ thống

I-MANUAL

I0.2

Chọn chế độ bằng tay

I-AUTO

I0.3

Chọn chế độ tự động

S1

I0.4

Cảm biến S1

S2

I0.5

Cảm biến S2

I-B1

I0.6

Điều khiển BƠM 1 chế độ bằng tay

I-B2

I0.7

Điều khiển BƠM 2 chế độ bằng tay

I-TRON

I1.0

Điều khiển ĐC trộn chế độ bằng tay

I-XA

I1.1

Điều khiển VAN XẢ chế độ bằng tay

BƠM 1

Q0.0

BƠM 2

Q0.1

ĐC TRỘN

Q0.2

VAN XẢ

Q0.3

RUN

Q0.4

AUTO

Q0.5

MANUAL

Q0.6

5.

Comment

Chương trình điều khiển
17


Đại học Công nhiệp Hà Nội

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

18


Đại học Công nhiệp Hà Nội

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

19


Đại học Công nhiệp Hà Nội

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

20


Đại học Công nhiệp Hà Nội

6.

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

Giao diện điều khiển

21


Đại học Công nhiệp Hà Nội

7.

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

Vai trò của các thiết bị và giao thức truyền thông giữa chúng
trong mô hình phân cấp chức năng trong hệ thống mạng công
ty

PROFINET.
Profinet là một chuẩn mở của hệ thống tự động hóa dựa trên nền tảng Ethernet
công nghiệp.Profinet cung cấp những chức năng như tự động phân phối , tích
hợp các thiết bị có sẵn , các hoạt động điều hành , các ứng dụng thời gian thực.
Profinet có thể đáp ứng được tất cả những yêu càu của CNTT của Hệ thống tự
động hóa .Việc sử dụng chuẩn mở , những khả năng xử lý đơn giản và khả năng
tích hợp nhiều hệ thống có sẵn được định nghĩa ngay từ đầu trong Profinet.
Profinet được tích hợp trong IEC 61158.
Profinet có tầm nhìn dài hạn trong việc phát triển công nghệ.Nhờ đó, chi phí
phát sinh bởi hệ thống máy móc trong quá trình cài đặt , khởi động và vận hành
được giảm xuống tối đa.Hơn nữa, Profinet giúp cho việc mở rộng sự kết nối
máy móc trở nên dễ dàng hơn nhiều , đồng thời việc hoạt động hoàn toàn độc

lập , không phụ thuộc vào nhau.
Với Profinet, những yêu cầu tối thiểu về truyền thông dữ liệu cần được thiết lập
tự động như sau:
•

-

-

-

-

22


Đại học Công nhiệp Hà Nội

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

+ 100 Mbps dữ liệu dùng dây đồng hoặc cáp quang
+ Chuyển mạch Ethernet
+ Tự động cân bằng giữa các thông số truyền
+ Switch có tính năng tự động gửi và nhận
+ Kết nối không dây(Wlan và Bluetooth)
-

-

Profinet sử dụng giao thức UDP/IP cho các lệnh giao tiếp dữ liệu . UDP có đặc

tính không bảo mật , không đảm bảo tin cậy trong truyển broadcast khi kết hợp
với IP . Song song với việc sử dụng UDP/IP các vòng giao tiếp dữ liệu trong
profinet dựa trên khái niệm thời gian thực có khả năng mở rộng
Ưu điểm chính của Profinet:
+ Hiệu năng: Tự động hóa ttong thời gian thực
+ An toàn : Truyền thông đảm bảo an toàn
+ Phân tích : Do vận hành nhanh chóng và khả năng xử lý sự cố hiệu quả
+ Đầu tư hiệu quả: Tích hợp nhiều mạch các hệ thống fieldbus

-

Ngoài ra, Profinet còn cung cấp chức năng sau:
+ Khả năng về mặt kỹ thuật
+ Các thông số của từng thiết bị đều được bảo vệ và tách biệt không chịu ảnh
hưởng bởi các thiết bị khác
+ Tạo ra một số sơ đồ Topo của thiết bị
+ Quản lý thiết bị
+ Truyền tải dữ liệu chính xác theo thời gian
+ Cung cấp hệ thống dự phòng
+ Dễ dàng thay thế thiết bị
PROFIBUS
Công nghệ Profibus là bus trường chuẩn mở rộng không phụ thuộc vào nhà sản
xuất, được ứng dụng trong lĩnh vực tự động hóa .Profibus được sản xuất theo
•

-

23

Đại học Công nhiệp Hà Nội

-

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

chuẩn quốc tế EN 50170 và EN 50254. Profibus cho phép truyền thông giữa
các thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau mà không cần sự điều chỉnh đặc
biệt nào về giao diện.
Profibus có thể dùng cho các ứng dụng đòi hỏi tính năng thời gian với tốc độ
cao và các nhiệm vụ truyền thông phức tạp.

-

Kết nối giữa máy tính và S7-300:
+ Kết nối dùng MPI(19,2 or 38,4 kbps, ổn định 19,2 kbps)
+ Kết nối dùng Card Profibus CP 5611,CP5613(<=12Mbps)
+ Kết nối dùng Ethernet( CP 343-1), tốc đọ đạt 100Mbps

-

-

-

-

Các giao thức của Profibus:Profibus-FMS, Profibus-PA,Profibus-DP
Đặc điểm của các giao thức :
• Profibus-FMS(Fieldbus Message Specification)

Profibus-FMS được ứng dụng trong những lĩnh vực lớn , phức tạp.
Hỗ trợ nhiều kiểu kết nối khác nhau giữa hệ thống tự động và bộ điều khiển
FMS là profile giao tiếp đa năng cho tất cả đòi hỏi về giao tiếp cấp cao.FMS
đưa ra nhiều chức năng đòi hỏi ứng dụng tinh vi cho sự giao tiếp giữa các thiết
bị thông minh.
• Profibus-PA
Profibus-PA được thiết kế cho những ứng dụng đặc biệt, thường được ứng
dụng trong môi trường dễ cháy nổ, đặc biệt trông công nghiệp chế biến.
• Profibus-DP
Profibus-DP được thiết kế cho những ứng dụng phân tán , mục đích là giảm
thời gian truyền và xử lý cho bộ xử lý trung tâm
Profibus-DP trao dổi dữ liệu giữa Master và slave theo chu kỳ đã được xác
định. Hỗ trợ nhiều kiểu kết nối khác nhau giữa hệ thống tự động và bộ điều
khiển
Được dùng tối ưu cho tốc độ , hiệu quả và chi phí kết nối thấp , được thiết kế
đặc biệt cho sự giao tiếp giữa hệ thống điều khiển và các ngoại vi phân tán.
DP thích hợp để thay thế cách truyền tín hiệu song song kiểu thông thường với
điện áp 24 V trong tự động hóa sản xuất cũng như cho tín hiệu tương tự truyền
với 4-20mA.
• Bus trường, bus thiết bị Bus trường (fieldbus) thực ra là một khái niệm
chung được dùng trong các ngành công nghiệp chế biến 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, truyền
động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết. Các thiết bị có khả
24


Đại học Công nhiệp Hà Nội

Bộ môn Đo lường & Điều khiển

năng nối mạng là các vào/ra phân tán (distributed I/O), các thiết bị đo lường
(sensor, transducer, transmitter) hoặc cơ cấu chấp hành (actuator, valve) 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. Trong công nghiệp chế tạo (tự
động hóa dây chuyền sản xuất, gia công, lắp ráp) hoặc ở một số lĩnh vực
ứng dụng khác như tự động hóa tòa nhà, sản xuất xe hơi, khái niệm bus thiết
bị lại được sử dụng phổ biến. Có thể nói, 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 trở nên không rõ rệt, khi mà phạm vi ứng dụng của cả hai loại
đều được mở rộng và đan chéo sang nhau. Trong thực tế, người ta cũng
dùng chung một khái niệm là bus trường.
Bus hệ thống, bus điều khiển 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). Khái niệm sau 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 kỹ thuật, trạm vận hành và các trạm chủ cũng trao đổi dữ liệu qua
bus hệ thống. Ngoài ra các máy in báo cáo và lưu trữ dữ liệu cũng có thể
được kết nối qua mạng này. Đối với bus hệ thống, tùy 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 miligiây, 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. Khi bus hệ thống được sử dụng
chỉ để ghép nối theo chiều ngang giữa các máy tính điều khiển, người ta
thường dùng khái niệm bus điều khiển. Vai trò của bus điều khiển là phục vụ
trao đổi dữ liệu thời gian thực giữa các trạm điều khiển trong một hệ thống
có cấu trúc phân tán. Bus điều khiển thông thường có tốc độ truyền không
cao, nhưng yêu cầu về tính năng thời gian thực thường rất khắt khe. Do các
yêu cầu về tốc độ truyền thông và khả năng kết nối dễ dàng nhiều loại máy
tính, hầu hết các kiểu bus hệ thống thông dụng đều dựa trên nền Ethernet.
25