Chương 6: Thiết kế hệ thống mạng PLC (Simatic)

ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC



PHẦN II

HỆ THỐNG MẠNG PLC



CHƯƠNG 6
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG PLC (SIMATIC)







Chủ đề:
 Mạng AS-i
 Mạng Profibus
 Mạng Industrial Ethernet

Mục đích:
 Nắm rõ cấu trúc các loại mạng PLC
 Cơ sở dữ liệu và truyền thông
 Kết nối các thành phần trên mạng

149
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC

6.1. MẠNG ASI
6.1.1. GIAO TIẾP AS
6.1.1.1. Tổng quan
Mạng AS-I là hệ thống kết nối ở cấp thấp nhất trong hệ thống tự động hóa (hình
6.1), ở đây các đường nối kết thiết bò rườm rà, đồ xộ được thay thế bằng tuyến cáp đơn
giản gọi là cáp AS-i. Sử dụng cáp và điều khiển AS-I, thì các cảm biến và các cơ cấu chấp
hành kiểu nhò phân đơn giản nhất sẽ được kết nối tới thiết bò điều khiển ở cấp trường qua
các module AS-I.
Mạng AS được phân
biệt bằng những đặc tính chủ
yếu sau:
 Giao tiếp AS được tối ưu
để nối kết các cảm biến
và cơ cấu chấp hành. Cáp
AS được sử dụng cho cả
hai việc : trao đổi dữ liệu
giữa các cảm biến và cơ
cấu với thiết bò điều
khiển; cung cấp nguồn cho
các cảm biến.

Hình 6.1 – Phân cấp mạng
 Nối kết đơn giản và giá
phải chăng: lắp đặt đơn
giản, tính linh hoạt cao với
nối kết kiểu hình cây.
 Thời gian đáp ứng nhanh: Chủ AS-I chỉ cần tối đa 5 ms cho chu kỳ trao đổi dữ liệu lên
tới 31 trạm.
 Các trạm trên cáp AS-I có thể là các cảm biến, cơ cấu chấp hành với đầu nối hoặc
module AS-I tích hợp có thể được nối vào tới 4 sensor/actuator nhò phân thông thường.
 Với các module AS-I có thể lên đến 124 cảm biến được hoạt động trêncáp AS-i.

6.1.1.2. Giao tiếp AS và các thành phần hệ thống AS
Các thành phần dưới sẽ tạo thành hệ thống mạng AS
 AS-i master
 AS-i module
 AS-i cable
 AS-i power supply unit
 Sensors/actuators with an integrated AS-i chip
 Addressing unit
 SCOPE AS-Interface
Sơ đồ sau mô tả các thành phần được nối kết, hình 6.2



150
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC

Hình 6.2 – Sơ đồ kết nối các thành phần AS-i.

6.1.2. CÁC AS-I MASTER
6.1.2.1. ASI master cho simatic s7-200
CP 242-2
Module CP 242-2 cho phép kết nối chuỗi ASI tới bộ điều khiển lập trình S7-200. CP 242-2
có thể xử lý các chức năng hoàn chỉnh của các điểm ASI master, hình 6.3.

CP 242-8
Module này không chỉ có các chức năng của CP 242-2 mà còn có nối kết tới
PROFIBUS DP (DP slave). Module này cho nối kết S7-200 tới PROFIBUS DP và ASI
cùng ơ một thời điểm với giá cả phải chăng, hình 6.4.

151
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC

Hình 6.3 – ASI master CP 242-2






















Hình 6.4 – ASI master CP 242-8

152
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC

6.1.2.2. ASI master cho simatic s7-300
CP 342-2
CP 342-2 là
module ASI
master cho các
bộ điều khiển S7-
300 và cho hệ
thống phân phối
I/O ET 200M.
CP 342-2
chiếm 16 byte
input và 16 byte
output trong vùng
analog của bộ
điều khiển mà
qua đó các dữ
liệu nhập của
slave có thể được
đọc và các dữ
liệu xuất của
slave có thể được
đặt.
Hình 6.5 – ASI master CP 342-2

Khi sử dụng một FC, ngoài trao đổi dữ liệu I/O, nó cũng có thể thực thi những thủ tục
gọi chính trong chương trình điều khiển.
6.1.2.3. ASI Gateway
DP-ASI gateway
Ngay khi sử dụng các I/O ngoại vi phân bố, sử dụng ASI có thể có các thuận lợi. Nối
mạng các ngoại vi quá trình trên profibus có thể được mở rộng đến các sensor/actuator.
Các thiết bò sau đây có thể sử dụng như gateway cho profibus:
 DP/ASI Link 20 module (được thiết kế bằng công nghệ IP 20 để nối kết ASI với
Profibus)
 CP 242-8
 CP 142-2 trong ET200X
 CP 342-2 trong ET200M
 AS 300/CPU315-2DP với CP 2433
 DP/AS Link ( link sủ dụng công nghệ IP 65 để nối kết ASI với Profibus)
6.1.2.4. ASI master cho ET200X
CP 142-2
Module CP 142-2 có thể hoạt động trong hệ thống I/O phân bố ET200X, nó cho phép kết
nối chuỗi ASI với hệ thống I/O. Đặc điểm chính của hệ thống I/O ET 200X là xây dựng
thích nghi với các kiểu bảo vệ IP 65, IP 66 và IP 67.


153
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC



Hình 6.6 – Cấu hình hệ thống với DP/ASI Link 20

Hình 6.7 – ASI master CP 142-2


154
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC

6.1.2.5. ASI master cho PC-AT
CP 2413
CP 2413 cho phép kết nối giao tiếp ASI tới máy tính.
Phần cứng của ASI master được thực hiện như một card PC. Cho phép đến 4 ASI
master CP có thể hoạt động cùng một lúc trong một PC. Điều này nói rằng ASI PC master
cũng thích hợp cho các tác vụ phúc tạp.
Một chương trình hoạt động và mô phỏng sẵn sàng cung cấp các trạng thái hiện hành
của các slave trên cáp và cho phép các điều hành đơn giản các slave. Chương trình này
cũng có thể sử dụng để những mục đích chẩn đoán, nó cũng cho phép lập trình các đòa chỉ
của các slave ASI.
Từ đó không những card ASI master có thể được hoạt động trong PC mà còn cho PC
giao tiếp với Industrial Ethernet và Profibus cùng một lúc, dữ liệu cung cấp bởi ASI slave
cũng có thể khả dụng với các trạm khác trong mạng.

Hình 6.8 – Cấu hình hệ thống với PC-AT và CP2413


6.1.3. CÁC THÀNH PHẦN KHÁC CỦA ASI
Như đã đề cập ở ASI ngoài các ASI master với vai trò là chủ trong hệ thống, còn có
các thành phần khác được nối kết vào để tạo nên một hệ thống mạng ASI chuẩn.
6.1.3.1. Cáp ASI
Cáp ASI được tiếp xúc bằng kỹ thuật thẩm thấu. Các lưỡi tiếp xúc (contact blade)
thâm nhập vào áo nhựa bọc bên ngoài và tạo tiếp xúc với 2 dây dẫn. Điều này đảm bảo

155
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC

Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC

cho điện tở tiếp xúc thấp và kết nối dữ liệu tin cậy. Với liểu kết nối này, có những module
kết nối được thiết kế cho kỹ thuật thẩm thấu.
6.1.3.2. Repeater/Extender
Các ASI repeater/Extender được thiết kế để dùng cho môi trường giao tiếp AS. Thiết
bò này có nhiệm vụ mở rộng chiều dài 100 m tối đa của ASI. Một đoạn một 100m có sẵn
có thể được mở rộng thêm tối đa 2 đoạn 100m nữa.
Sử dụng Repeater
ASI Repeater được sử dụng khi các slave được hoạt động trên tất cả các đoạn cáp.
Mỗi đoạn ASI được đòi hỏi một đơn vò nguồn cung cấp riêng biệt (trước và phía sau của
repeater). Repeater có các đặc điểm sau:
 Mở rộng chiều dài cáp
tối đa là 300 m.
 Các slave có thể được
sử dụng ở cả hai bên
của ASI.
 Nguồn cung cấp đòi
hỏi phải có ở cả hai
bên ASI.
 Cách ly điện giữa hai
cáp.
 Mỗi bên giao tiếp AS
cần có một nguồn điện
riêng biệt.
Hình 6.9 – Sử dung Repeater
 Lắp đặt trong dạng đóng vỏ module ứng dụng chuẩn.
Sử dụng Extender
ASI Extender được sử
dụng trong các ứng dụng mà

master được lắp đặt ở khoảng
cách xa hơn với chỗ lắp đặt
ASI.
Hình 6.10 – Sử dụng Extender
 Các master có thể được
được đặt cách xa đoạn
ASI 100m.
 Các slave chỉ được sử
dụng ở bên của extender
không có master
 Nguồn điện chỉ được yêu cầu cho bên không có master.
 Không cần cách ly điện giữa hai cáp.
 Chỉ thò điện áp đúng
 Được lắp đặt trong dạng đóng vỏ module ứng dụng. Extender được gắn trên module
kết nối FK-E.
6.1.3.3. Đơn vò đònh đòa chỉ

156
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC

Mỗi slave trên ASI đều mang một đòa chỉ. Đòa chỉ này được lưu trữ trên các slave. Ta
có thể lập trình đòa chỉ của các slave sử dụng đơn vò đònh đòa chỉ.
6.1.3.4. SCOPE ASI
Phần mềm SCOPE ASI là một chương trình giám sát có khả năng ghi lại và đánh giá
trao đổi dữ liệu trong các mạng ASI trong suốt quá trình lắp đặt và hoạt động. Phần mềm
SCOPE ASI có thể chạy trong PC liên kết vớ CP 2413 dưới môi trường Windows.
6.1.4. CHẾ ĐỘ MASTER
6.1.4.1. Nguyên tắc của Master/Slave trong ASI
ASI hoạt động theo nguyên tắc master/slave. Điều này có nghóa là ASI master kết

hợp với cáp ASI điều khiển trao đổi dữ liệu với 31 slave qua giao tiếp cáp ASI.
Hình 6.11 minh họa
giao tiếp giữa hai khối
ASI master với ASI slave
qua cáp ASI. Các lệnh
gán tham số và dữ liệu
quá trình được truyền qua
giao tiếp giữa “master
CPU” và “master CP”.
Các chương trình
người dùng sử dụng các
gọi hàm thích hợp và cơ
chế khả dụng để đọc và ghi qua giao tiếp này.
Hình 6.11 – Sơ đồ khối gia tiếp ASI master/slave
6.1.4.2. Truyền dữ liệu
6.1.4.2.1. Cấu trúc thông tin – dữ liệu.
Hình 6.12 mô tả các trường và danh sách dữ liệu của hệ thống đã được đònh nghóa.
Các cấu trúc sau đây được tìm thấy trên CP:
Các ảnh dữ liệu
Chúng chứa các
thông tin được lưu trữ tạm
thời:
 Các tham số thật
là ảnh của các
tham số hiện thời
trên slave
 Dữ liệu cấu hình
thật: trường này
chứa các cấu hình
I/O và mã ID của

tất cả các slave
được nối kết ngay
khi dữ liệu này
được đọc từ các
Hình 6.12 – Sơ đồ cấu trúc ASI master CP và ASI slave

157
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC

slave.
 Danh sách các slave được phát hiện (LDS)
 Danh sách các slave bò kích hoạt (LAS)
 LAS cho thấy những slave nào được kích hoạt bởi ASI master. Dữ liệu I/O chỉ
trao đổi được với các slave bò kích hoạt.
Dữ liệu I/O
Dữ liệu nhập và xuất của quá trình.
Dữ liệu cấu hình
Đây là dữ liệu không bốc hơi (non-volatile), không bò thay đổi ngay khi có hư hỏng
nguồn năng
lượng.
 Dữ liệu cấu
hình mong
đợi, đây là
các giá trò
so sánh có
chọn lựa mà
cho phép dữ
liệu cấu
hình của các

slave được
phát hiện sẽ
được kiểm
tra.
 Danh sách
dữ liệu
thường trực
(LPS), danh
sách này
cho thấy các
ASI slave
được mong
đợi trên cáp
ASI bởi ASI
master. ASI
master kiểm
tra liên tục
xem có phải
tất cả các
trạm chỉ
đònh trong có mặt LPS và xem có phải dữ liệu cấu hình của chúng khớp với dữ
liệu cấu hình mong muốn.
Hình 6.13 – Các giai đoạn hoạt động

158