Hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất Xi măng Công ty Xi măng VCM

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÂY CHUYỀN
SẢN XUẤT XI MĂNG VCM
Nội dung:
1. Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của công ty.
2. Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng:


Mô tả cấu hình hệ thống DCS.



Trình bày chức năng của các khâu trong hệ thống.

3. Nghiên cứu bộ điều khiển PLC chính của dây chuyền sản xuất:


Giới thiệu chung.



Đặc tính kỹ thuật phần cứng: CPU, I/O, ghép nối truyền thông.



Phần mềm lập trình.

1

MỤC LỤC
I.

MÔ TẢ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG CỦA CÔNG TY.................3

II. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS CỦA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT.............7
1.

DCS là gì?.........................................................................................................7

2.

Hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng VCM..........13

III. BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC CHÍNH CỦA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT...........16
1.

Giới thiệu chung về PLC S7-400..................................................................16

2.

Đặc tính kỹ thuật của PLC S7-400...............................................................17
2.1

Trung tâm xử lý CPU..............................................................................17

2.2

Module vào ra I/O...................................................................................20

2.3

Truyền thông của PLC S7-400...............................................................22

a)Giao diện MPI.............................................................................................22
b) Giao diện PROFIBUS-DP..........................................................................23
c) Profinet.........................................................................................................24

2


I.

MÔ TẢ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG CỦA CÔNG TY
Những công đoạn cơ bản của một dây chuyền sản xuất xi măng:

Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất xi măng
Hiện nay có 2 phương pháp sản xuất xi măng: sản xuất theo phương pháp ướt và sản
xuất theo phương pháp khô:

3


Phương pháp ướt:
Phối liệu được nghiền ướt thành dạng bùn past ( độ ẩm tới 45% ) và đưa vào lò quay.
Dùng phương pháp ướt khi nguyên liệu xốp mềm, dễ hòa tan vào nước hoặc độ ẩm thiên
nhiên lớn.
Ưu điểm:
-

Dễ nghiền, tốn ít điện năng.
Dễ nhào trộn đồng nhất.
Dễ điều chỉnh các thành phần phối liệu.
Dễ bơm, ít bay bụi sạch sẽ hơn phương pháp khô.

Nhược điểm:
-

Tiêu tốn nhiều nhiên liệu.
Thiết bị cồng kềnh khó lắp đặt.
Tốn nhiều nhân công.
Khả năng tự động hóa kém.

Phương pháp khô:
Độ ẩm phối liệu <1%. Nguyên liệu phải chải qua giai đoạn sấy khô và đem nghiền,
nếu độ ẩm nguyên liệu thấp thì phải dùng thiết bị vừa nghiền vừa sây.
Phương pháp khô chiếm ưu thế hơn phương pháp ướt về những chỉ tiêu kinh tế, kỹ
thuật và môi trường do tốn ít nhiên liệu hơn phương pháp ướt. Thêm nữa, chất lượng
clanker được nâng cao ngang bằng phương pháp ướt do sự phát triển kỹ thuật đồng nhất
khí nén, đồng nhất phối liệu.

Các công đoạn chính trong sản xuất xi măng:
4


 Chuẩn bị nguyên liệu:
Đá vôi: được khai thác bằng phương pháp khoan nổ, cắt tầng theo đúng quy định và
quy hoạch khái thác, sau đó được xúc và vạn chuyển đến máy đập bằng cát thiết bị vận
chuyển. Tại đây đá vôi được đập nhỏ thành đá dăm cỡ 25 x 25
Đá sét: được khai thác bằng phương pháp cày ủi hoặc khoan nổ mìn. Sau đó được bốc

xúc và vận chuyển bằng các thiết bị vận tải đến máy nghiền. Đá sét được đập để kích
thước xuống khoảng 25mm.
Cả đá vôi và đá sét sau khi được đập thô được vận chuyển bằng băng tải về kho đồng
nhất sơ bộ, rải thành những đống riêng biệt. Để đảm bảo thành phần hóa học cũng như
chất lượng của xi măng, các loại nguyên liệu cần thiết khác như phụ gia, quặng sắt, thạch
cao cũng được nghiền và rải thành đốnng riêng biệt trong kho đồng nhất sơ bộ
5


 Nghiền nguyên liệu
Đá vôi, đá sét và phụ gia được cấp vào máy nghiền qua hệ thống cân DOSIMAT và
cân băng điện tử. Các bộ điều khiển tự động khống chế tỷ lệ của đá vôi, đá sét, bô xít và
quặng sắt cấp vào máy nghiền được điều khiển bằng máy tính thông qua các số liệu phân
tích của hệ thống QCX, đảm bảo khống chế các hệ số theo yêu cầu. Bột liệu sau khi
nghiền được đưa đến các xilo đồng nhất bằng hệ thống gầu nâng, máy khí động.
 Lò nung
Nguyên liệu từ xilô đồng nhất được đưa lên tháp trao đổi nhiệt (tháp 4 hoặc 5 tầng) có
hệ thống tiền nung (canxiner). Ở tháp trao đổi nhiệt, nguyên liệu được sấy khô bằng gió
nóng đưa lên từ khâu làm lạnh (gió 3). Trước khi đưa vào lò nung, nguyên liệu được đưa
đến vùng canxiner. Tại đây xảy ra các quá trình sinh hóa, canxi hóa 90 đến 95% nguyên
liệu trước khi vào lò quay. Đầu ra của lò quay là clinker ở nhiệt độ cao (khoảng 1400 độ
C). Clinker được đưa đến khâu làm nguội để giảm nhiệt độ xuống khoảng 80 đến 100 độ
C trước khi cho vào các xi lô chứa. Hiện nay có 3 công nghệ làm nguội là: làm nguội
kiểu hành tinh, kiểu roto và kiểu ghi. Clinker sản xuất ra có thể được sử dụng để nghiền
xi măng hoặc có thể được bán luôn.
 Nghiền xi măng
Clinker từ các xi lô, thạch cao và phụ gia từ kho chứa tổng hợp được vận chuyển lên
két máy nghiền bằng hệ thống băng tải và gầu nâng. Clinker, thạch cao, phụ gia cấp vào
máy nghiền được định lượng bằng hệ thống cân DOSIMAT để bảm bảo chất lượng xi
măng theo yêu cầu.

 Đóng bao xi măng
Từ đáy các xi lô chứa, qua hệ thống tháo liệu, xi măng được vận chuyển tới các két
chứa của máy đóng bao hoặc các bộ phận xuất xi măng rời đường bộ.
II.
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS CỦA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT
1. DCS là gì?

6


DCS là viết tắt của Hệ thống điều khiển phân tán (Distributed Control System),
thường được sử dụng trong các quá trình, hệ thống sản xuất và các hệ thống động
(dynamic system), trong đó các phần tử điều khiển không được đặt ở vị trí trung tâm,
nhưng mỗi một hệ thống con được điều khiển bằng một hoặc nhiều bộ điều khiển trong
toàn bộ hệ thống. Toàn bộ hệ thống điều khiển được nối mạng để giao tiếp, điều khiển và
giám sát. Một hệ thống DCS tiêu biểu gồm có bộ vi xử lý được thiết kế tùy biến như các
bộ điều khiển, kết nối vật lý và giao thức giao tiếp riêng. Module đầu vào và đầu ra tạo
nên các thành phần của DCS. Bộ vi xử lý nhận thông tin từ module đầu vào và gửi thông
tin đến module đầu ra. Hệ thống điều khiển phân tán DCS là hệ thống chuyên dụng được
dùng để điều khiển các quá trình sản xuất liên tục hoặc theo mẻ (Batch- oriented) như
trong lọc dầu, hóa dầu, trạm phát điện trung tâm, dược phẩm, sản xuất thức ăn, nước
uống, sản xuất xi măng, sản xuất thép và sản xuất giấy.
Sơ đồ phân cấp của hệ thống tự động hóa:
Trên sơ đồ phân cấp chức năng ta thấy, một hệ thống điều khiển giám sát gồm có 5 cấp

Cơ cấu chấp hành và cảm biến: Chức năng chính của cấp này là đo lường, truyền
động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết. Trong thực tế các thiết bị cảm
biến và cơ cấu chấp hành cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường,
7

truyền động chính xác và nhanh nhạy. Các thiết bị đo thông minh cũng có thể xử lý thông
tin trước khi đưa lên câp trên.
Cấp điều khiển: Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ cảm biến, xử
lý các thông tin theo một thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống cơ cấu chấp
hành. Cấp điều khiển thực hiện việc điều khiển quá trình công nghệ, thiết bị điều khiển
có thể là bộ điều khiển PLC, máy tính PC công nghiệp.
Cấp điều khiển giám sát: Cấp điều khiển giám sát có chức năng giám sát và vận hành
một quá trình kỹ thuật. Nhiệm vụ của cấp điều khiển giám sát là hỗ trợ người sử dụng
trong cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành và xử lý những tình huống
bất thường.
Cấu hình cơ bản của một hệ thống điều khiển phân tán (DCS) gồm:
-

Trạm điều khiển cục bộ (Local Control Station, LCS) còn có thể gọi là khối điều

-

khiển cục bộ (Local Control Unit) hay trạm quá trình (Process Station).
Trạm vận hành (Operator Station, OS)
Trạm kỹ thuật (Engineering Station, ES)
Hệ thống truyền thông (field bus, system bus)

8


Trạm điều khiển cục bộ LCS
Trạm điều khiển cục bộ thuộc cấp điều khiển, là thực hiện mọi chức năng điều khiển
cho một công đoạn. Các trạm điều khiển cục bộ thường được đặt trong phòng điều khiển
hoặc phòng điện ở bên cạnh phòng điều khiển trung tâm hoặc rải rác gần khu vực hiện

trường.
Các chức năng do trạm điều khiển cục bộ bao gồm:
 Điều khiển quá trình (process control): Điều khiển các mạch vòng kín. Hầu
hết các mạch vòng đơn được được điều khiển trên cơ sở luật PID, giải
quyết bài toán điều khiển điều chỉnh, điều khiển tỉ lệ, điều khiển tầng. Các
hệ thống hiện đại cho phép điều khiển mờ, điều khiển dựa mô hình, điều





khiển thích nghi
Điều khiển trình tự ( sequential control, sequence control )
Điều khiển logic
Thực hiện các công thức
Đặt các tín hiệu đầu ra về trạng thái an toàn trong trường hợp có sự cố.
9


 Lưu trữ tạm thời các tín hiệu quá trình trong trường hợp mất liên lạc với
trạm vận hành.
 Nhận biết các trường hợp vượt ngưỡng giá trị và tạo các thông báo báo
động.
Bất kỳ chủng loại thiết bị nào được sử dụng, các yêu cầu quan trọng nhất về mặt kỹ
thuật cho một trạm điều khiển cục bộ là:
 Tính năng thời thực.
 Độ tin cậy và tính sẵn sàng.
 Lập trình thuận tiện, cho phép sử dụng và cài đặt các thuật toán cao cấp.
 Khả năng điều khiển lai (liên tục, trình tự và logic)
Trạm vận hành OS

Trạm vận hành và trạm kỹ thuật thuộc cấp điều khiển giám sát, các trạm này được đặt
tại phòng điều khiển trung tâm.
Các trạm vận hành có thể hoạt động song song, độc lập với nhau.
Để tiện cho việc vận hành hệ thống, người ta thường sắp xếp mỗi trạm vận hành
tương ứng với một phân đoạn hoặc một phân xưởng. Tuy nhiên phần mềm chạy trên các
trạm đều giống nhau nên trong trường hợp cần thiết các trạm có thể thay thế chức năng
của nhau.
Các chức năng tiêu biểu của trạm vận hành:
 Hiển thị các hình ảnh chuẩn (hình ảnh tổng quan, hình ảnh nhóm, hình ảnh
từng mạch vòng, hình ảnh điều khiển trình tự, các đồ thị thời gian thực và
đồ thị quá khứ ).
 Hiển thị các hình ảnh đồ họa tự do (lưu đồ công nghệ, các phím điều
khiển ).
 Hỗ trợ vận hành hệ thống qua các công cụ thao tác tiêu biểu, các hệ thống






hướng dẫn chỉ đạo và hướng dẫn trợ giúp.
Tạo và quản lý các công thức điều khiển .
Xử lý các sự kiện, sự cố.
Xử lý, lưu trữ và quản lý dữ liệu.
Chuẩn đoán hệ thống, hỗ trợ người vận hành và bảo trì hệ thống.
Hỗ trợ lập báo cáo tự động.
10


Trạm kỹ thuật ES

Trạm kỹ thuật là nơi đặt các công cụ phát triển, cho phép đặt cấu hình cho hệ thống,
tạo và theo dõi các chương trình ứng dụng điều khiển và giao diện người máy, đặt cấu
hình và tham số hóa các thiết bị trường.
Bus trường
Khi sử dụng cấu trúc vào/ra phân tán, các trạm điều khiển cục bộ sẽ được bổ sung các
module giao diện bus để nối với các trạm vào/ ra từ xa (remote I/O station ) và một số
thiết bị trường thông minh.
Các yêu cầu chung đặt ra với bus trường là tính năng thời gian thực, mức độ đơn giản
và giá thành thấp.
Các loại bus trường được hỗ trợ mạnh là Profibus – DP, Foundation Feildbus,
DeviceNet và AS - I .Trong môi trường nguy hiểm, đòi hỏi độ an toàn cháy nổ người ta
sử dụng profibus – PA. Đặc điểm profibus là số lượng thông tin ít và tốc độ xử lý nhanh.

Bus trường và các trạm vào ra từ xa
Bus hệ thống
11


Bus hệ thống có chức năng nối mạng các trạm điều khiển cục bộ với nhau và với các
trạm vận hành và trạm kỹ thuật. Trong đa số các hệ thống ứng dụng, người ta lựa chọn
cấu hình có dự phòng cho bus hệ thống.
Các hệ thống mạng được sử dụng nhiều nhất là: Ethernet, Profibus – FMS và
ControlNet.

Bus hệ thống
Đặc điểm trao đổi thông tin trong bus hệ thống là lưu lượng thông tin lớn, vì vậy tốc
độ đường truyền phải cao. Tính năng thời gian thực cũng là yêu cầu đặt ra nhưng không
nghiêm ngặt như bus trường.
2. Hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng VCM

12


Toàn bộ quá trình sản xuất của nhà máy xi măng VCM được thực hiện tự động hóa ở
mức độ cao. Phòng điều khiển trung tâm CCR (Central Control Room) kiểm soát toàn bộ
hoạt động của nhà máy đồng thời cho phép điều chỉnh kịp thời các thông số khi chất
lượng của sản phẩm thay đổi hoặc khi có sự cố bất thường xảy ra.
Nhìn từ cấp trường ta thấy, quá trình sản xuất được chia thành 5 công đoạn ứng với 5
trạm trường khác nhau, mỗi công đoạn được điều khiểm và giám sát bởi 1 trạm vận hành
đặt tại phòng điều khiển trung tâm (CCR).
Các trạm trường của nhà máy xi măng VCM:






Limestone crushing & conveying
Raw material crushing & conveying and Limestone pre-blending & storage
Raw material grinding/Waste gas treatment
Clinker Cooling and Conveying Electric Room
Coal grinding

13


Các thiết bị trường (thiết bị đo và cơ cấu chấp hành) sử dụng trong dây chuyền sản
xuất được đánh số thứ tự và kết nối với các vào ra thông qua Profibus DP hoặc PA trước
khi đưa tín hiệu vào bộ điều khiển (PLC). Mỗi công đoạn có thể được điều khiển bởi một
hoặc nhiều bộ điều khiển (PLC S7-400).

14


PLC S7-400 được nối vào các thiết bị vào ra phân tán ET 200M. ET 200M với cấu
hình gồm modul giao diện IM-153x, các modul tín hiệu SM và modul chức năng FM.
Được kết nối mạng Profibus DP.
Các thiết bị vào ra phân tán ET200M được đặt tên trên sơ đồ là FCS01, FCS02…để
phân biệt chúng ở trong từng trạm trường khác nhau.
Các thiết bị vào ra phân tán ET 200M này được đưa tới các trạm điện, điều khiển các
nhiệm vụ khác nhau của từng công đoạn trong nhà máy.

Ở cấp điều khiển và giám sát của hệ thống có 6 trạm vận hành được nối đến một bộ
switch chung. Mỗi trạm có chức năng điều khiển, giám sát một công đoạn. Các trạm có
thể làm việc song song, độc lập với nhau. Trong trường hợp sảy ra sự cố, các trạm có thể
làm nhiệm vụ thay nhay vì phần mềm của các trạm đều như nhau. Trạm kỹ thuật với 2
server, mục đích của việc sử dụng 2 server là để dự phòng khi có sự cố xảy ra với server
còn lại.

III.

BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC CHÍNH CỦA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

Nhà máy xi măng VCM sử dụng bộ điều khiển PLC chính cho dây chuyền sản xuất là
PLC S7-400 của hãng Siemens
1. Giới thiệu chung về PLC S7-400
15


S7-400 là thiết bị điều khiển logic khả trình tiếp sau S7-300 được Siemens phát triển,

được dùng trong các ứng dụng và lĩnh vực lớn. Hầu hết các nhiệm vụ tự động hóa có thể
thực hiện với các thành phần được lựa chọn phù hợp.
PLC S7-400 có các ưu điểm vượt trội so với các bộ điều khiên logic khả trình trước
nó vầ cả phần cứng và phần mềm






CPU được phân loại chuyên biệt và rõ ràng
Tốc độ xử lý của CPU cao
Module nhỏ gọn
Có nhiều loại module phù hợp cho cấu hình trung tâm và cấu hình phân tán.
Các module tín hiệu có thể tháo lắp khi hệ thống đang có điện. Thuận tiện khi
thay thế các module

Thành phần cấu tạo quan trọng của S7-400 gồm:






Thanh RACK
Khối nguồn
CPU
Thẻ nhớ lưu trữ dữ liệu
Module tín hiệu (SM)
16

 Module giao tiếp (IM)
2. Đặc tính kỹ thuật của PLC S7-400
2.1
Trung tâm xử lý CPU
CPU là khối vi xử lý, là thành phần cơ bản của S7-400, là nơi xử lý mọi thông tin của
hệ thống, nhận thông tin đưa về sử dụng các thuật toán điều khiển để đưa ra tín hiệu phù
hợp. CPU là modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm
và các cổng truyền thông. Trong số các trị số của bộ đếm được chứa trong bộ nhớ ứng
dụng, tùy theo yêu cầu của người sử dụng mà có thể chọn các bộ nhớ sau
 Bộ nhớ ROM là bộ nhớ không thể thay thế được, bộ nhớ này chỉ được nạp vào
1 lần nên nó ít được sử dụng hơn các bộ nhớ khác.
 Bộ nhớ RAM là loại bộ nhớ có thể thay đổi được và được dùng để chứa
chương trình ứng dụng cũng như dữ liệu, dữ liệu này sẽ bị mất khi mất điện.
Nhưng có thể khắc phục bằng cách lắp pin dự phòng.
 Bộ nhớ EPROM cũng như bộ nhớ ROM, nguồn nuôi cho EPROM không cần
pin, tuy nhiên chỉ có thể xóa nội dung chứa trong EPROM bằng cách chiếu tia
cực tím vào 1 ô cửa sổ nhỏ trên EPROM và nạp lại bằng máy chuyên dụng.
 Bộ nhớ EEPROM là bộ nhớ thích hợp cho cả hai ưu điểm của ROM và
EPROM, bộ nhớ này có thể nạp xóa bằng tín hiệu điện. Tuy nhiên số lần nạp
xóa có giới hạn.
Cấu trúc cơ bản của CPU bao gồm các thành phần sau:






Khối LED hiển thị trạng thái và lỗi

Công tắc chọn chế độ
Khe cắm thẻ nhớ mở rộng
Cổng truyền thông
Khối nguồn và pin dự phòng

CPU của PLC Siemens S7-400 được chia thành nhiều loại, phù hớp với từng ứng
dụng rõ ràng. Một số loại CPU của PLC S7-400:
 CPU 412-1; (6ES7412-1XF04-0AB0)
 CPU 412-2; (6ES7412-2XG04-0AB0)
17







CPU 414-2; (6ES7414-2XG04-0AB0)
CPU 414-3; (6ES7414-3XJ04-0AB0)
CPU 416-2; (6ES7416-2XK04-0AB0)
……

Mỗi dòng lại có phần hiển thị trên CPU và hình dạng CPU khác nháu. Một số led
hiển thị, led báo thường có trên mặt CPU:
Đèn
INTF
EXTF
MAINT
RUN
STOP

BUS1F
BUS2F
IFM1F
IFM2F

Đèn sang màu
Red
Red
Yellow
Green
Yellow
Red
Red
Red
Red

Hiển thị lỗi
Báo lỗi bên trong.
Báo lỗi ngoài.
Chức năng.
Chế độ chạy.
Chế độ dừng.
Báo lỗi tại cổng MPI/PRO1
Báo lỗi tại cổng MPI/PRO2
Báo lỗi modul giao diện 1
Báo lỗi modul giao diện 2

Người sử dụng có thể chọn chế độ hoạt động cho PLC bằng cách thay đổi công tắc 3
vị trí trên CPU ứng với 3 chế độ RUN, STOP, MRES
Trên CPU còn có chỗ để người sử dụng cắm thẻ nhớ. Có 2 loại thẻ nhớ:

 RAM CARD: Ta có thể mở rộng cho bộ nhớ của CPU bằng RAM CARD,
RAM là bộ nhớ ngoài của PLC có thể đọc ghi hỗ trợ cho việc xử lý thông tin
của CPU.
 FLASH CARD.
Ngoài ra, trên CPU còn có vị trí cho các module giao tiếp.
Giao diện MPI/DP: Ta có thể dùng nó để kết nối với các thiết bị khác nhau như:
 Thiết bị chương trình.
 Công cụ điều khiển và thiết bị giám sát.
 Một số bộ điều khiển S7-400 và S7-300 khác.

18


Cổng truyền thông PROFIBUS DP: Chức năng dùng để kết nối với các thiết bị vào ra
phân tán, thiết bị chương trình và một số các trạm chủ.
Giao diện PROFINET: Ta có thể kết nối với PROFINET IO bằng giao diện
PROFINET, cổng PROFINET có thể kết nối với mạng ETHENET công nghiệp.
Khối nguồn và pin dự phòng: Trong PLC S7-400 ta có thể cài pin dự phòng, số lượng
pin tùy thuộc vào từng loại modul. Hiệu quả của việc sử dụng pin dự phòng đem lại:
 Chương trình ứng dụng được lưu lại trong RAM
 Lưu giữ được các giá trị bộ đếm thời gian, bộ đếm counter, dữ liệu hệ thống..
 Làm nguồn dự phòng cho đồng hồ bên trong
2.2
Module vào ra I/O
Modul vào ra số:
Các modul số biến đổi các tín hiệu dạng nhị phân. CPU nhận các thông tin về hoạt
động của quá trình thông quá các modul đầu vào số và can thiệp vào quá trình thông qua
các modul ra số. Tín hiệu số giữa modul và đường chuyền tín hiệu đến các quá trình
được cách ly bằng cách ly quang hoặc role.
Các modul số có 1, 2 hay 4 byte tương ứng với 8, 16 hay 32 tín hiệu. Các modul số

được đặt địa chỉ trong bảng trạng thái sao cho các trạng thái tín hiệu có thể được sử lý
dạng bit
Module vào số:
Modul vào số biến đổi các tín hiệu ngoại lai (thường là 24VDC hoắc 120/230VAC)
thành mức tín hiệu nội bộ. Để các modul hoạt động chính xác, an toàn, các cảm biến đầu
vào phải được quy định về điện áp, dòng điện. Ngoài ra, tín hiệu phải được lọc, loại bỏ
nhiễu trên đường dây và giảm thiểu các điện áp quá độ
Một số modul vào số tiêu biểu:
 Modul vào số SM 421, DI 32x24 VDC (6ES4721-1BL01-0AA0):
19


-

32 đầu vào số, được phân thành nhóm 32 bit.
Điện áp định mức là 24VDC
Kích thước WxHxD: 25x290x210
Trọng lượng: 500g
Hiệu điện áp cho phép: 75VDC/60VAC
Điện áp cách ly thử nghiệm: 500VDC
Trạng thái hiển thị bằng led
Điện áp vào định mức 24VDC, tín hiệu ở mức “1”: 13 – 30VDC, tín

hiệu ở mức “0”: -30 - 5VDC
- ….
 Modul vào số SM421, DI 16x24VDC
- 16 đầu vào số được chia thành 2 nhóm mỗi nhóm 8 đầu vào
- Tốc độ xử lý nhanh
- Điện áp định mức 24VDC
- Kích thước WxHxD: 25x290x210

- Trọng lượng: 600g
- Điện áp cho phép: 75VDC/60VAC
- Cho phép lập trình chuẩn đoán bên trong, lập trình cho các trễ đầu
vào…..
Module ra số:
Để có thể giao tiếp được trong quá trình xử lý, các bộ CPU đòi hỏi các bộ biến đổi tín
hiệu thành mức điện áp và dòng điện tương ứng sử dụng trong quá trình. Các modul ra số
có bộ nhớ lưu trữ các dữ liệu nhận được và chuyển thông tin này tới các bộ khuếch đại.
Bộ khuếch đại này sẽ tạo ra khả năng đóng cắt cần thiết. Với bộ khuếch đại điện áp 1
chiều bảo vệ ngắn mạch bằng các mạch điện tử. Còn với bộ khuếch đại xoáy chiều thì
bảo vệ ngắn mạch bằng cầu chì.
Khi lựa chọn các modul ra số cần phải xét tới công suất đóng cắt, mức tải điện áp cho
phép và dòng điện dư, ở trạng thái tín hiệu “0” dòng điện này không được dưới hạn cho
phép, nếu không bộ phận thực hiện sẽ không đáp ứng được tín hiệu dừng
Trong chế độ stop và cả trong thời gian khởi động thực hiện chương trình, một tín
hiệu đầu ra OD có thể làm vô hiệu hóa tất cả các modul ra số. Trong trạng thái này các
modul ra sẽ không cung cấp 1 điện áp nào.
20


Modul mở rộng vào ra analog:
Modul tương tự là bộ biến đổi các tín hiệu dành cho quá trình tương tự. Modul vào
biến đổi các tín hiệu tương tự thành tín hiệu số để xử lý trong CPU. Modul ra tương tự
biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự để tới các quá trình.
Mỗi đại lượng tương tự chiếm giữ 1 kênh trong các modul có 4, 8 hay 16 kênh tương
ứng với 8, 16 hay 32 byte. Một giá trị tương đương đã được số hóa được biểu thị như 1
số nguyên 16 bit. Các modul tương tự nên được đặt ngoài bảng trạng thái quá trình khi
được đọc ghi trực tiếp. Đó là trường hợp mạch điều khiển vòng kín mà chu kỳ xử lý độc
lập với chương trình
Modul vào tương tự sử dụng phương pháp phân tích để biến đổi tín hiệu tương tự

thành tín hiệu số. Tùy theo tần số sử dụng mà thời gian biến đổi sẽ nhanh chậm khác
nhau. Độ phân giải của tín hiệu được biến đổi tương đối cao (9/12/15 bit).
Modul ra tương tự biến đổi các giá trị số thành điện áp, dòng điện phù hợp cho các
quá trình. Các modul khác nhau với rải điện áp và dòng điện khác nhau. Các tín hiệu bên
trong và bên ngoài được các ly về điện
2.3

Truyền thông của PLC S7-400

Truyền thông: S7-400 sử dụng các mạng truyền thông INDUSTRIAL ERTHERNET
cho cấp giám sát, PROFIBUS cho cấp trường, AS-I cảm biến thiết bị chấp hành, MPI nối
giữa các thiết bị CPU, PG/PC, TD/TO. Sử dụng các loại hình mạng điểm điểm hoặc bus
truyền thông qua giao diện tích hợp trên bus trường sử dụng CPU hoặc IM (modul giao
diện hoặc FM, CP).
a) Giao diện MPI
Trong nhà máy, giao diện MPI/DP của một CPU S7-400 được lập trình như giao diện
MPI và được ấn định địa chỉ 2. MPI là giao diện để tích hợp các hệ thống PG/PC, HMI
với các hệ thống SIMATIC S7/C7/WinAC, có thể nối tối đa tới 125 điểm MPI. Tốc độ
21


truyền mặc định là 187.5Kbit/s, tối đa lên tới 12Mbps nếu cab mạng hỗ trợ tốc độ baud.
Thông qua MPI mà ta có thể truyền dữ liệu giữa các bộ điều khiển với nhau, có nghĩa là
một CPU có thể truy cập tới nhiều các đầu vào ra khác nhau của các bộ điều khiển khác.
Các CPU tự động phát sóng thông số cấu hình bus của nó thông qua giao diện MPI. Một
thiết bị lập trình có thể cung câp thông tin chính xác và tự động kết nối với một mạng
MPI con. Các nút có thông số bus khác nhau được thiết lập trên các CPU không thể hoạt
động được trên cùng một mạng MPI con. Ngoài ra HM còn được tích hợp trong hệ điều
hành S7-400 và truyền dữ liệu tới các trạm vận hành mà không cần lập trình giúp điều
khiển vận hành giao diện.

Ta có thể đồng bộ thời gian qua giao diện MPI của CPU. CPU có thể là master hoặc
slave. Ngoài ra, ta có thể cấu hình cho các MPI cho hoạt động như giao diện PROFIBUS
DP. Ta có thể chỉnh các thông số MPI cho phù hợp trong HW Config của STEP 7. Cấu
hình này cho phép thiết lập một đoạn DP lên tới 32 slave.
b) Giao diện PROFIBUS-DP
Các CPU 41x-2, 41x-3 và 417-4 được tích hợp tính năng giao diện PROFIBUS DP.
Giao diện PROFIBUS DP có sẵn như các modul plug-in với các CPU 41x-2, 41x-3, 4174 và các CPU có hậu tố PN/DP. Để sử dụng giao diện cho các hoạt động, phải cấu hình
cho nó trong HW Config. Ta có thể sử dụng modul DP cắm sau khi tải cấu hình.
Cấu hình của giao diện MPI/DP kèm theo một CPU được thiết lập mặc định ở chế đô
MPI. Để hoạt động giao diện MPI/DP trong chế độ DP, phải cấu hình phù hợp trong
STEP 7.
Các giao diện PROFIBUS DP chủ yếu được sử dụng để kết nối I/O. Ta có thể cấu
hình giao diện PROFIBUS DP cho các hoạt động trong chế độ master hoặc slave. Giao
diện hỗ trợ tốc độ truyền tải lên tới 12Mbps. Các CPU phát ra thông số bus của nó (vd:
tốc độ truyền dẫn) thông qua giao diện PROFIBUS DP nếu ở chế độ master. Một thiết bị
lập trình có thể nhận thông số chính xác và tự kết nối nó với một mạng PROFIBUS con.
22


Một CPU hoạt động như master thời gian phát khung truyền tin đồng bộ trên
PROFIBUS để đồng bộ các trạm bổ xung. Nếu nọ hoạt động như slave thời gian, CPU sẽ
nhận khung đồng bộ từ master thời gian khác.
Các thiết bị có thể là master thời gian:
-

CPU 41x với giao diện PROFIBUS nội
CPU 41x với giao diện PROFIBUS bên ngoài
Máy tính với CP 5613 hoặc CP 5614

Giao diện PROFIBUS DP có thể được sử dụng đề thiết lập một hệ thống master

PROFIBUS hoặc để kết nối thiết bị PROFIBUS I/O.
Các thiết bị có thể kết nối với PROFIBUS DP:
-

PG/PC
OP/TP
PROFIBUS DP slave
PROFIBUS DP master

Các CPU dù được hoạt động như DP master hoặc DP slave được kết nối với nhau
thông qua bus trường PROFIBUS DP với trạm slve thụ động hoặc master DP khác.
c) Profinet
Các CPU có hậu tố PN và PN/DP có tính năng giao diện Ethernet với chức năng
PROFINET.
Gán địa chỉ IP: có thể gán địa chỉ IP cho giao diện Ethernet theo các bước sau
-

Dùng lệnh “PLC -> Edit Ethernet Node” trong SIMATIC manager
Bằng cách chỉnh sửa các thuộc tính CPU trong HW Config. Tải về cấu hình

-

sửa đổi cho CPU
Sử dụng SFB 104 “IP_CONFIG”.

Các thiết bị có thể kết nối thông qua PROFINET:
-

Thiết bị lập trình/PC với bộ chuyển đổi Ethernet và giao thức TCP
23

-

Các thành phần trong mạng Active
S7–300/S7–400 với Ethernet CP
Thành phần PROFINET CBA

Luôn sử dụng kết nối RJ45 để nối các thiết bị đến giao diện PROFINET.
Giao diện PROFINET của các thiết bị được cài đặt mặc định “tự động thiết lập”
(Autonegotiation). Hãy kiểm tra xem tất cả các thiết bị kết nối với giao diện PROFINET
của CPU đã được thiết lập chế độ “Autonegotiation” chưa. Đó là thiết lập mặc định của
các thành phần PROFINET/Ethernet tiêu chuẩn.
Khi kết nối thiết bị với giao diện PROFINET on-board của CPU không hỗ trợ chế độ
hoạt động Autonegotiation hoặc lựa chọn chế độ khác với Autonegotiation, cần lưu ý
những điều sau:
-

PROFINET IO và PROFINET CBA yêu cầu hoạt động tại 100Mbps trong chế
độ full-duplex, nghĩa là nếu giao diện PROFINET on-board của CPU cho
truyền thông PROFINETIO/CBA và truyền thông Ethernet được sử dụng cùng
một thời gian thì các giao diện PROFINET chỉ được vận hành ở 100Mbps

-

trong chế độ full-duplex.
Có thể hoạt động ở 100 Mbps hoặc 10 Mbps full-duplex nếu các giao diện
PROFINET on-board của CPU chỉ sử dụng để truyền thông Ethernet. Chế độ
half-duplex không được phép trong mọi tình huống.

24