Tài liệu Mạng truyền thông công nghiệp P3 pdf

Chổồng 3. Kóỳt nọỳi caùc thióỳt bở õo lổồỡng vaỡ õióửu khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng
Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 34

Ch"ơng 3
Kết nối các thiết bị đo l"ờng và điều khiển
trong hệ thống mạng
3.1. Tổng quan chung
Để đ a ra giải pháp kết nối các thiết bị trong hệ thống mạng hợp lí thực
chất là thực hiện bài toán tích hợp. Cần thiết phải xét đến các yếu tố sau:
Bài toán công nghệ
Đây là một nhiệm vụ quan trọng trong tích hợp hệ thống, cần thiết phải
có các hiểu biết sâu sắc để lựa chọn các giải pháp phù hợp, chẳng hạn với
một ứng dụng có thời gian đáp ứng nhanh thì giải pháp truyền thông cũng
phải t ơng thích và ng ợc lại, do đó cần nắm vững công nghệ tr ớc khi thực
hiện bài toán tích hợp
Các yếu tố kỹ thuật
Khi thiết kế hệ thống mạng cũng cần quan tâm đến tính ổn định, khả
năng làm việc lâu dài cũng nh khả năng thay thế của các thiết bị trong
mạng
Vấn đề kinh tế
Đây là vấn đề cực kỳ quan trọng trong bất cứ thiết kế mạng nào. Với
các yêu cầu kỹ thuật đề ra có thể đáp ứng bằng nhiều ph ơng án nh ng
ph ơng án lựa chọn phải là ph ơng án ngoài việc thoả mãn các yêu cầu và
công nghệ và kỹ thuật thì phải thoả mãn yêu cầu về kinh tế. Chẳng hạn
trong một nhà máy Xi măng nọ hệ thống mạng dùng của Siemens với các
bộ điều khiển PLC S7-400 nh ng tất cả các Module I/O kết nối với các bộ
điều khiển này lại là loại của S7-300, thoạt nhiên chúng ta sẽ rất ngạc
nhiên, tại sao không đồng bộ hoá ??. Câu trả lời đó là vấn đề kinh tế

3.2. Giao diện mạng
Giao diện mạng là một thành phần ghép nối chính của một thiết bị với

môi tr ờng truyền thông, trong đó cả phần cứng và phần mềm đều có nhiệm
vụ quan trọng. Một thành phần giao diện mạng có thể đ ợc thực hiện độc
lập hoặc tích hợp với thiết bị. Card giao diện mạng cho máy tính cá nhân,
module xử lí truyền thông trên PLC hay các module giao diện mạng trên
các I/O phân tán.
3.2.1. Ghép nối PLC (Programable Logic Controller)
Để ghép nối các PLC trong mạng có thể sử dụng các Module truyền
thông riêng hoặc trực tiếp trên các CPU có tích hợp sẵn các Module giao
Chổồng 3. Kóỳt nọỳi caùc thióỳt bở õo lổồỡng vaỡ õióửu khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng
Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 35
diện mạng. Hình sau trình bày về ghép nối của PLC trong mạng:






PS

CPU

IM

IM

IM

DI

DO

AI

AO





3.2.2. Ghép nối PC
Giao diện trên PC cũng đ ợc thực hiện t ơng tự nh PLC, chúng đ ợc
thực hiện theo các cách sau:
- Card ghép nối qua khe cắm ISA, PCI
- Bộ thích ứng mạng (Adapter) qua cổng song song và nối tiếp
- Card PCMCIA
Card giao diện mạng
Trên Card th ờng có bộ vi xử lí đảm nhiệm chức năng xử lí giao thức,
tuy nhiên phần xử lí này có thể là toàn bộ hoặc có san sẻ cùng với phần
mềm. Tuy nhiên để đạt độ tin cậy cao trong các cuộc trao đổi tin các Card
giao diện th ờng đ ợc thiết kế có dự phòng.
Bộ thích ứng mạng (Adaptor) qua cổng song song và nối tiếp
Bộ thích ứng th ờng đ ợc sử dụng để chuyển đổi tín hiệu. Chẳng hạn
khi giao tiếp với PLC S7-200 thông qua cổng truyền thông RS485 thì cần có
bộ chuyển đổi RS485/RS232 để ghép nối với PC
Card PCMCIA
Đối với máy tính xách tay không có khả năng mở rộng qua các khe
cắm, bên cạnh ph ơng pháp sử dụng bộ thích ứng mạng, có thể ghép nối
qua khe cắm PCICIA với kích cỡ t ơng đối nhỏ. Ph ơng pháp này thích hợp
với các máy lập trình (PG) dùng để đặt cấu hình, tham số hoá và chuẩn
đoán hệ thống

3.3. Ghép nối các thiết bị trong Simatic
1. Các dịch vụ truyền thông trong Profibus CP.
Bus hệ thống

Ethernet

Bus tr ờng

Hình 3.0.
Giao diện mạng của PLC
PLC

Chổồng 3. Kóỳt nọỳi caùc thióỳt bở õo lổồỡng vaỡ õióửu khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng
Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 36
Trong quá trình trao đổi thông tin dịch vụ truyền thông đóng vai trò rất
quan trọng, Profibus đ a ra một số dịch vụ truyền thông nhằm hỗ trợ các
thiết bị trao đổi thông tin trên mạng. Hình sau trình bày về các dịch vụ
trong Profibus CP

Hình 3.1. Các dịch vụ truyền thông của Profibus CP

2. Khả năng truyền thông của S7
Các thiết bị tham gia mạng trong Simatic rất phong phú và đa dạng về
chủng loại, việc kết nối các thiết bị này đòi hỏi cần có các giao diện chung,
điều đó cũng ảnh h ởng đến khả năng truyền thông của Simatic.

Hình 3.2. Khả năng truyền thông của Simatic S7

Chổồng 3. Kóỳt nọỳi caùc thióỳt bở õo lổồỡng vaỡ õióửu khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng
Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 37

3. Truyền thông S7 với Profibus
Nh đã trình bày trên phần tr ớc, Profibus là hệ thống Bus đ ợc ứng dụng rất
phổ biến trong các ứng dụng của Simatic, trong đó các thiết bị tham gia trong
mạng có thể là PLC-S7-300, S7-400 cũng nh các PC và PG. Cấu hình truyền
thông của S7 trong ứng dụng Profibus đ ợc trình bày trên hình 5.3


Hình 3.3. Truyền thông S7 với Profibus
4. Cấu hình cho hoạt động của PG
Thực chất PG là một máy tính công nghiệp, nh ng vị trí quan trọng của nó
lại chính là phần mềm đ ợc cài đặt trong đó. Đây là các phần mềm có bản quyền
nh : Step 7- V5.2, WinCC Nói chung giá của các phần mềm này v ợt nhiều
lần giá của phầm cứng. Thực tế PG đ ợc dùng làm công cụ để cài đặt phần mềm,
đặt lại cấu hình cho hệ thống cũng nh tham gia vào tham số hoá chuẩn đoán
Cấu hình hoạt động của PG đ ợc trình bày trên hình 5.4


Hình 3.4. Cấu hình cho hoạt động của PG
Chổồng 3. Kóỳt nọỳi caùc thióỳt bở õo lổồỡng vaỡ õióửu khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng
Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 38
5. Các đối tác truyền thông trên kết nối FDL
Việc thực hiện các giao thức truyền thông trong Bus tr ờng chỉ đ ợc
thực hiện trên lớp lên kết dữ liệu (FDL) và trên lớp vật lí. Việc kết nối các
đối tác truyền thông trên kết nối FDL đ ợc chỉ ra trên hình 5.5

Hình 3.5. Các đối tác truyền thông trên kết nối FDL
6. Các trạm Slave của Siemens và các nhà cung cấp khác trên Profibus-DP
Profibus cung cấp các dịch vụ cho các thiết bị chủ cũng nh cho các
thiết bị tớ để trao đổi thông tin trong mạng, về nguyên tắc các trạm tớ của
các hãng khác nhau hoàn toàn có thể trao đổi thông tin nếu tuân thủ các

quy tắc và thủ tục của Profibus. Hình sau mô tả mạng truyền số liệu của các
thiết bị tớ với các thiết bị chủ

Hình 3.6. Các Slave của Siemens và các nhà cung cấp khác trên Profibus-DP

Chổồng 3. Kóỳt nọỳi caùc thióỳt bở õo lổồỡng vaỡ õióửu khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng
Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 39
7. Cấu hình mạng cho các DP Slave cho Simatic S7


Hình 3.7. Cấu hình mạng cho các DP Slave cho Simatic S7

8. Mạng trong PCS7
PCS7 là hệ thống điều khiển quá trình nổi tiếng của Siemens hiện nay,
chúng có những tính năng u việt về chất l ợng đo l ờng và điều khiển, khả
năng linh hoạt trong các ứng dụng, tính năng mở
Điểm mấu chốt của hệ PCS7 hiện nay là ứng dụng của mạng truyền
thông sử dụng các giao thức công nghiệp, trong đó các thiết bị thực hiện
giao thức, xử lí giao thức có thể đ ợc nối trong cùng một cấu trúc mạng
hoặc trong cấu trúc mạng kết hợp và thực hiện các giao thức cùng loại hoặc
kết hợp. Và tất nhiên sẽ có các thiết bị để thực hiện việc chuyển đổi giao
thức đó. Hình sau ví dụ về cấu hình Simatic của PCS7


Hình 3.8. Cấu hình Simatic trong PCS7
Chổồng 3. Kóỳt nọỳi caùc thióỳt bở õo lổồỡng vaỡ õióửu khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng
Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 40
a) Trạm thiết kế kỹ thuật trong PCS7 (ENG)
Trạm này dùng với nhiều mục đích nh : Định nghĩa các kết nối trong
hệ thống, thay đổi cấu hình cũng nh phân vùng quản lí hệ thống Khả

năng can thiệp trong hệ PCS7 của ENG đ ợc trình bày trên hình sau:


Hình 3.9. Trạm thiết kế kỹ thuật trong PCS7 (ENG)

Hình sau mô tả kết nối Bus hệ thống trong PCS7 giữa các thiết bị Simatic


Hình 3.10. Kết nối Bus hệ thống trong PCS7

Một cấu hình mạng điển hình sử dụng môi tr ờng truyền dẫn cáp
quang là sử dụng cấu trúc mạng vòng lặp khép kín. Trong hệ thống mạng
của Simatic th ờng sử dụng cấu hình có dự phòng (Redandancy) nhằm
nâng cao độ tin cậy của hệ thống. Module thực hiện quá trình chuyển đổi
điện /quang và quang/điện trong Simatic là OLM (Optical Link Module).
Hình 5.11 mô tả kết nối này
Chổồng 3. Kóỳt nọỳi caùc thióỳt bở õo lổồỡng vaỡ õióửu khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng
Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 41

Hình 3.11. Kết nối vòng lặp khép kín có dự phòng

Trong một số ứng dụng đòi hỏi độ tin cậy cao việc sử dụng các PLC có
sự phòng sẽ làm tăng độ tin cậy. Hình 5.12 trình bày về cấu hình dự phòng
của PLC

Hình 3.12. Cấu hình PLC có dự phòng

Ngoài việc kết nối có dự phòng sử dụng OLM, Simatic còn đ a ra giải
pháp sử dụng module OSM nhằm nâng cao khả năng liên kết các đối tác
truyền thông trong mạng. Cấu hình này đ ợc trình bày trên hình 5.13

Chổồng 3. Kóỳt nọỳi caùc thióỳt bở õo lổồỡng vaỡ õióửu khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng
Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 42

Hình 3.13. Cấu hình mạch vòng sử dụng OSM
Tổng hợp cấu trúc phân tầng, dự phòng đ ợc trình bày trên hình 5.14

Hình 3.14. Cấu trúc phân tầng mạng
Chổồng 3. Kóỳt nọỳi caùc thióỳt bở õo lổồỡng vaỡ õióửu khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng
Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 43
Kết nối các thiết bị tr ờng lên các thiết bị điều khiển đ ợc trình bày trên
hình 5.15. Trong đó các thiết bị tr ờng có thể đ ợc kết nối theo các giao
thức khác nhau

Hình 3.15. Kết nối các thiết bị tr ờng lên cấp điều khiển

Truyền thông trong Profibus giữa DP và PA đ ợc trình bày trên hình sau:


Hình 3.16. Truyền thông giữa Profibus-DP và PA