Đang tải... (xem toàn văn)
PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI LIỆUHệ thống gồm 1 siloHai nút ấn START và STOP để khởi động và dừng hệ thốngHai van V1, V2.S1, S2 là cảm biến báo trạng thái của siloS3 là cảm biến báo oto đủ cân nặng(đầy nhiên liệu)2 động cơ SM1, SM22 băng tải BT1 và BT2
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI — KHOA ĐIỆN — BÀI TẬP LỚN HỆ THU THẬP DỮ LIỆU ĐIỀU KHIỂN VÀ TRUYỀN SỐ LIỆU ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI LIỆU Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thu Hà Nhóm thực đề tài : Nhóm Lớp : Điện – K9 Hà Nội - 2017 Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI LIỆU Giáo Viên Bộ Mơn: Cơ: Nguyễn Thu Hà Nhóm 2: Lớp Điện – K9 gồm: Hoàng Văn Tuấn Nguyễn Thị Tuyết Hoàng Thị Thu Hoàng Thị Nhung Phan Hồng Sơn Nhận xét giáo viên môn MỤC LỤC Trang Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu Lời nói đầu Lời Nói Đầu Ngày nay, người với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến giới, ngày thay đổi, văn minh đại Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm bật xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động người đạt hiệu ngày cao Tự động hóa trở thành ngành khoa học đa nhiệm vụ Tự động hóa đáp ứng đòi hỏi khơng ngừng ngành, lĩnh vực khác nhu cầu thiết yếu người sống hàng ngày Một sản phẩm tiên tiến PLC Ứng dụng quan trọng ngành cơng nghệ tự động hóa việc điều khiển, giá sát hệ thống với thiết bị điều khiển từ xa tinh vi đạt suất, kinh tế thật cao Xuất phát từ ứng dụng đó, chúng em xin phép thiết kế mạch ứng dụng PLC, điều khiển hệ thống phân phối liệu Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy cô giáo khoa điện, bạn lớp Điện 4-K9 đặc biệt giảng viên Nguyễn Thu Hà - giảng viên khoa điện trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội người trực tiếp giảng dạy cho em kiến thức để hồn thành đồ án mơn học Mong góp ý để em hồn thành tập lớn tốt sau Em xin chân thành cảm ơn ! Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu Chương 1: Cơ sở lý thuyết 1.1 Phân tích công nghệ Với đề tài số đưa “ điều khiển hệ thống phân phối liệu “ cho thấy hệ thống toàn điều khiển tự động với phần mềm giúp cho hệ thống tự động làm việc mà không cần phải sử dụng tay Do ta thêm cảm biến S4 dùng để phát ô tô , xem ô tô vào vị trí chưa (vị trí cảm biến S3) đèn RUN báo hệ thống hoạt động Với mô hình hệ thống phân phối liệu đưa đề tài ta thấy nhấn nút START hệ thống bắt đầu khởi động, đèn RUN sáng Giả sử 1: Ban đầu Silo chưa có nguyên liệu, cảm biến báo cạn nguyên liệu S1 tác động làm van V2 mở, nguyên liệu đổ vào Silo Sau nguyên liệu đổ đầy Silo, cảm biến báo đầy nguyên liệu S2 tác động làm đóng van V2 ngừng cung cấp nguyên liệu cho Silo Đồng thời mở van V1 khởi động băng tải BT1 BT2 để chuyển nguyên liệu đến oto, oto vị trí S4 cảm biến S3 chưa tác động Khi ô tô đổ đầy nguyên liệu, cảm biến cân nặng S3 (5 tấn) tác động làm đóng van V1 dừng băng tải BT1 Bt2, ngừng chuyển ngun liệu cho oto Ơ tơ di chuyển khỏi vị trí S4, cảm biến S3 S4 khơng bị tác động nữa, chuẩn bị cho trình Giả sử 2: Ban đầu Silo đầy nguyên liệu, cảm biến báo cạn S1 cảm biến báo đầy S2 khơng bị tác động Ơ tơ đến vị trí S4, cảm biến S4 tác động làm mở van V1 khởi động băng tải BT1 BT2 để chuyển nguyên liệu đến oto Khi ô tô đổ đầy nguyên liệu, cảm biến cân nặng S3 (5 tấn) tác động làm đóng van V1 dừng băng tải BT1 BT2, ngừng chuyển ngun liệu cho tơ Ơ tơ di chuyển khỏi vị trí S4, cảm biến S3 S4 khơng bị tác động nữa, chuẩn bị cho q trình Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu Ấn nút STOP để dừng hệ thống, đèn RUN tắt 1.2 Tìm hiểu PLC S7-300 1.2.1 Khái quát PLC S7-300 PLC S7 – 300: Loại trung bình, thích hợp cho ứng dụng vừa phải Định nghĩa: Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic controller) loại thiết bị cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển số thơng qua ngơn ngữ lập trình, thay cho việc phải thực thuật tốn mạch số Ưu điểm: • Nhỏ gọn • Dễ thay đổi thuật tốn • Dễ trao đổi thơng tin với môi trường xung quanh (với PLC khác với máy tính) Các phận PLC: • Bộ xử lí trung tâm (CPU) • Hệ điều hành • Bộ nhớ chương trình • Các cổng vào … Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu Hình 1.2.1.1: Ngun lí chung cấu trúc điều khiển logic khả trình (PLC) Cấu trúc nhớ CPU Bộ nhớ S7 – 300 chia làm vùng chính: Vùng chứa chương trình ứng dụng: chia làm miền: OB (Organization block): Miền chứa chương trình tổ chức FC (Function): Miền chứa chương trình tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi liệu với chương trình gọi FB (Function block): Miền chứa chương trình con, tổ chức thành hàm, có khả trao đổi liệu với khối chương trình khác Vùng chứa tham số hệ điều hành chương trình ứng dụng I (Process image input): Miền đệm liệu cổng vào số Q (Process image output): Miền đệm liệu cổng số M: Miền biến cờ Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ để lưu giữ tham số cần thiết truy nhập theo bit (M), byte (MB), bit (M), byte (MB), từ (MW) hay (MW) hay từ kép (MD) Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu T: Miền nhớ phục vụ thời gian (Timer) (Timer) bao gồm việc lưu giữ giá trị thời gian đặt trước (PV: Preset value), (PV: Preset value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV: Current value) (CV: Current value) + DO: Digital Output + DI/DO: Digital In/Output + AI: Analog Input + AO: Analog Output C: Miền nhớ phục vụ đếm (Counter), (Counter), bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt trước, giá trị đếm tức thời, giá trị logic đầu đếm PI: Miền địa cổng vào module tương tự PQ: Miền địa cổng cho module tương tự Vùng chứa khối liệu Được chia thành loại: DB (Data block): Miền chứa liệu tổ chức thành khối Kính thước số lượng khối người sử dụng quy định, phù hợp với toán điều khiển L (Local data block): Miền liệu địa phương, khối chương trình OB, FC, FB OB, FC, FB tổ chức, sử dụng cho biến nháp tức thời trao đổi liệu biến hình thức với khối chương trình gọi Nội dung số liệu miền nhớ bị xóa kết thúc chương trình tương ứng OB, FC, FB 1.2.2 Các modul mở rộng Được chia thành loại sau: Nguồn ni (PS: Power Supply): Cung cấp nguồn cho CPU module khác SM (Signal Module): Module tín hiệu vào ra, bao gồm: • DI: Digital Input • AI/AO: Analog In/Output • IM (Interface Module): Module ghép nối • FM (Function Module): Module điều khiển riêng: điều khiển Servo, … Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu • CP (Communication Module): Module truyền thơng Hình 1.2.2.1: Hình ảnh thực tế module mở rộng PLC S7-300 Tuỳ theo q trình tự động hố đòi hỏi số lượng đầu vào đầu ta phải lắp thêm module mở rộng loại module cho phù hợp Tối đa gá thêm 32 module vào panen (rãnh), panen module nguồn, CPU module ghép nối gá module bên phải Thường Step 7-300 sử dụng module sau: Module nguồn PS (3 loại: 2A, 3A, 5A) Module ghép nối IM (Intefare Module): Hệ thu thập liệu truyền số liệu Module tín hiệu SM (Signal Module): • Vào số: kênh, 16 kênh, 32 kênh • Ra số: kênh, 16 kênh, 32 kênh • Vào, số: kênh vào kênh ra, 16 kênh vào 16 kênh • Vào tương tự: kênh, kênh, kênh • Ra tương tự: kênh, kênh, kênh • Vào, tương tự: kênh vào kênh ra, kênh vào kênh • Module hàm FM (Function Module) • Đếm tốc độ cao Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu • Truyền thông CP 340, CP340-1, CP341 Module điều khiển CP (Control Module): • Module điều khiển PID • Module điều khiển Fuzzy • Module điều khiển rơ bot • Module điều khiển động bước Trong PLC có phận gán địa đơn thời gian (T), đếm (C) cần chữ kèm theo số đủ, ví dụ: T1, C32 Các địa đầu vào đầu với module chức có cách gán địa giống Địa phụ thuộc vào vị trí gá module Panen Chỗ gá module panen gọi khe (Slot), khe có đánh số, khe số khe tiếp tục Khi gá module số vào, lên khe mạng địa byte khe đó, khe có byte địa Trên module đầu vào, kênh, kênh có địa bit đến Địa đầu vào, số ghép địa byte địa kênh, địa byte đứng trước, địa kênh đứng sau, hai số có dấu chấm Khi module gá khe địa tính từ byte đầu khe, đầu vào khe có địa Địa khe kênh module số Ví dụ: Module đầu vào, đầu số gá vào khe số rãnh có địa I4.0, I4.1 Q4.0, Q4.1 Module số gá khe panen PLC Địa vào module tương tự Trong PLC S7-300 người ta dùng 16 bit (một word) cho kênh Một khe có kênh với địa PIW256 PQW256 (byte 256 257) PIW766 PQW766 Module tương tự gá vào khe panen PLC, khe trống có trạng thái tín hiệu “0” Ví dụ: Một module tương tự vào, gá vào khe số rãnh có địa PIW288, PIW290, PQW288 Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu 1.3 Tìm hiểu HMI (Wincc simen) 1.3.1 Giới thiệu phần mềm Wincc Hình 1.3.1.1: Giao diện phần mềm wincc Phần mềm WinCC Siemens phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) phục vụ việc xử lý lưu trữ liệu hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa WinCC chữ viết tắt Windows Control Center (Trung tâm điều khiển chạy Windows), nói cách khác, cung cấp công cụ phần mềm để thiết lập giao diện điều khiển chạy hệ điều hành Microsoft Windows NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1) Trong dòng sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA (SCADA class) với chức hữu hiệu cho việc điều khiển WinCC hệ thống HMI (Human Machine Interface: tức giao diện người máy) cho phép hoạt động chấp hành quy trình chạy máy Truyền thơng WinCC máy diễn thông hệ thống tự động WinCC dùng để thị trình cấu hình giao diện đồ hoạ người dùng Bạn sử dụng giao diện người dùng để hoạt động quan sát trình WinCC cung cấp khả sau: 10 Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu 2.3.1 Mạch lực Hình 2.3.1.1: Mạch lực 2.3.2 Bảng định địa Địa Ký hiệu Chức I0.0 START Nút bấm khởi động hệ thống I0.1 STOP Nút bấm dừng hệ thống I0.2 S1 Cảm biến báo Silo cạn I0.3 S2 Cảm biến báo Silo đầy I0.4 S3 Cảm biến cân trọng lượng oto I0.5 S4 Cảm biến phát oto Q0.0 RUN Đèn báo hệ thống hoạt động Q0.1 V1, SM1, SM2 Điều khiển van V1, động SM1 SM2 Q0.2 V2 Điều khiển van V2 22 Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu 2.3.3 Sơ đồ đấu dây START STOP S1 S2 S3 S4 + 24 V L I0.0 Q0.0 RUN I0.1 Q0.1 V1, SM1, SM2 I0.2 Q0.2 V2 I0.3 S7 – 300 CPU 314 IFM I0.4 … I0.5 … - + L+ M M 2.3.4 Thực toán điều khiển Chương trình 23 24V - Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu 24 Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu Mô wincc (HMI) Hình 2.3.4.1: Thiết kế mơ phỏn wincc 2.4 Trình bày giao thức truyền thơng hệ thống 25 Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu 2.4.1 Các phân cấp hệ thống a) Cấp chấp hành Các chức cấp chấp hành đo lường, dẫn động chuyển đổi tín hiệu trường hợp cần thiết Thực tế, đa số thiết bị cảm biến (sensor) hay chấp hành (actuator) có phần điều khiển riêng cho việc thực đo lường, truyền động xác nhanh nhạy Các thiết bị thông minh (smart device) đảm nhận việc xử lý chuẩn bị thông tin trước đưa lên cấp điều khiển Hệ thu thập liệu truyền số liệu b) Cấp điều khiển Nhiệm vụ cấp điều khiển nhận thông tin từ cảm biến, xử lý thơng tin theo thuật tốn định truyền đạt lại kết xuống chấp hành Khi điều khiển thủ cơng, nhiệm vụ người đứng máy trực tiếp đảm nhận qua việc theo dõi công cụ đo lường, sử dụng kiến thức kinh nghiệm để thực thao tác cần thiết ấn nút đóng/ mở van, điều chỉnh cần gạt, núm xoay… Trong hệ thống điều khiển tự động, việc thực thủ cơng nhiệm vụ thay máy tính Do đặc tính bật cấp điều khiển xử lý thông tin, nên khái niệm cấp xử lý (process level) hay sử dụng Tuy nhiên, khái niệm khơng xác hệ thống tự động hố đại, việc xử lý thông tin độc quyền cấp Như nêu trên, thiết bị thơng minh cấp cảm biến/chấp hành đảm nhận phần việc Ngoài ra, việc thực chức cấp bên mang chất xử lý thông tin Cấp điều khiển cấp chấp hành hay gọi chung cấp trường (field level) điều khiển, cảm biến chấp hành cài đặt trực tiếp trường, gần kề với hệ thống kỹ thuật c) Cấp điều hành giám sát Điều hành trình tức điều khiển vận hành trình kỹ thuật Khi đa số chức đo lường điều khiển, điều chỉnh, bảo trì hệ thống cấp sở thực hiện, nhiệm vụ cấp điều hành trình hỗ trợ người sử dụng việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành xử lý tình bất thường Ngồi ra, số trường hợp, cấp thực toán điều khiển cao cấp điều khiển phối hợp, điều khiển khởi động/ dừng điều khiển theo cơng thức (ví dụ chế biến dược phẩm, hoá chất) 26 Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu Khác với cấp dưới, việc thực chức cấp điều hành q trình thường khơng đòi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt có giao diện mạng ngồi máy tính điều hành Hiện nay, nhu cầu tự động hoá tổng thể cấp điều hành sản xuất quản lý công ty, việc tích hợp hệ thống loại bỏ cấp trung gian khơng cần thiết mơ hình chức trở nên cần thiết Cũng thế, ranh giới cấp điều hành trình Hệ thu thập liệu truyền số liệu điều hành sản xuất nhiều khơng rõ ràng, hình thành xu hướng hội nhập hai cấp thành cấp nhất, gọi chung cấp điều hành Với hệ thống mạng công ty Mạng cơng ty nằm mơ hình phân cấp hệ thống truyền thông công ty sản xuất công nghiệp Đặc trưng mạng công ty gần với mạng viễn thơng mạng máy tính diện rộng nhiều phương diện phạm vi hình thức dịch vụ, phương pháp truyền thơng yêu cầu kỹ thuật Chức mạng cơng ty kết nối máy tính văn phòng xí nghiệp, cung cấp dịch vụ trao đổi thông tin nội với khách hàng 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 thương mại điện tử e-commerce, Hình thức tổ chức ghép nối mạng, công nghệ áp dụng đa dạng, tuỳ thuộc vào đầu tư công ty Trong nhiều trường hợp, mạng cơng ty mạng xí nghiệp thực hệ thống mạng mặt vật lý, chia thành nhiều phạm vi nhóm mạng làm việc riêng biệt Mạng cơng ty có vai trò đường cao tốc hệ thống hạ tầng sở truyền thông công ty, đòi hỏi tốc độ truyền thơng độ an tồn, tin cậy đặc biệt cao Ví dụ số công nghệ tiên tiến áp dụng cấp mạng tương lai Fast Ethernet, FDDI, ATM Các cảm biến ,các van, động khơng thuộc cấp chấp hành mơ hình phân cấp chức hệ thống mạng công ty Cấp điều khiển mơ hình phân cấp chức hệ thống mạng công ty là: PLC Cấp điều khiển giám sát mơ hình phân cấp chức hệ thống mạng cơng ty là: Máy tính 2.4.2 S7-300 hỗ trợ giao thức truyền thông Qua tìm hiểu PLC S7 -300 hỗ trọ giao thức truyền thông sau: Modbus Modbus giao thức hãng Modicon phát triển Theo mơ hình ISO/OSI Modbus thực chất chuẩn giao thức dịch vụ thuộc lớp ứng dụng, thực chế vận 27 Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu chuyển cấp thấp TCP/IP, MAP (Manufactoring Message Protocol), qua đường truyền nối tiếp RS-232 Modbus định nghĩa tập hợp rộng dịch vụ phục vụ trao đổi liệu trình, liệu điều khiển chẩn đoán Tất điều khiển Modicon sử dụng Modbus ngôn ngữ chung Modbus mơ tả q trình giao tiếp điều khiển với thiết bị khác thông qua chế yêu cầu/đáp ứng Vì lý đơn giản nên Modbus có ảnh hưởng tương đối mạnh hệ PLC nhà sản xuất Cụ thể , PLC người ta tìm thấy tập hợp dịch vụ đưa Modbus Đặc biệt hệ thống thu thập liệu điều khiển giám sát, Modbus hay sử dụng đường truyền RS-232 ghép nối thiết bị liệu đầu cuối (PLC, PC, ) với thiết bị truyền liệu (Modem) Cơ chế giao tiếp Modbus phụ thuộc vào hệ thống truyền thơng cấp thấp Cụ thể, phân chia hai loại mạng Modbus chuẩn Modbus mạng khác (ví dụ TCP/IP, Modbus Plus, MAP) a.Mạng Modbus chuẩn Các cổng Modbus chuẩn điều khiển Modicon số nhà sản xuất khác sử dụng giao diện nối tiếp RS-232 Các điều khiển nối mạng trực tiếp qua modem Các trạm Modbus giao tiếp với qua chế chủ/ tớ (Master/Slave), thiết bị chủ động gửi u cầu, lại thiết bị tớ đáp ứng liệu trả lại thực hành động định theo yêu cầu Các thiết bị chủ thông thường máy tính điều khiển trung tâm thiết bị lập trình, thiết bị tớ PLC điều khiển số chun dụng khác Một trạm chủ gửi thơng báo yêu cầu tới riêng trạm tớ định gửi thông báo đồng loạt tới tất trạm tớ Chỉ trường hợp nhận yêu cầu riêng, trạm tớ gửi thông báo đáp ứng trả lại trạm chủ Trong thông báo yêu cầu có chứa địa trạm nhận, mã hàm dịch vụ bên nhận cần thực hiện, liệu kèm thông tin kiểm lỗi Modbus mạng khác Với số mạng Modbus Plus MAP sử dụng Modbus giao thức cho lớp ứng dụng, thiết bị giao chế riêng mạng đó, điều khiển đóng vai trò chủ tớ lần giao dịch khác Nhìn nhận mức giao tiếp thơng báo, giao thức Modbus tuân theo nguyên tắc chủ/ tớ phương pháp giao tiếp mạng cấp thấp tay đôi 28 Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu Khi điều khiển gửi yêu cầu thông báo đóng vai trò chủ chờ đợi đáp ứng từ thiết bị tớ Ngược lại, điều khiển đóng vai trò tớ nhận thông báo yêu cầu từ trạm khác phải gửi trả lại đáp ứng Chu trình yêu cầu đáp ứng Giao thức Modbus định nghĩa khuôn dạng thông báo yêu cầu thông báo đáp ứng, minh họa hình vẽ Một thơng báo yêu cầu gồm phần sau : Địa trạm nhận yêu cầu (0-247), địa gửi đồng loạt Mã hàm gọi thị hành động trạm tớ cần thực theo yêu cầu Ví dụ, mã hàm 03 yêu cầu trạm tớ đọc nội dung ghi lưu giữ trả lại kết Dữ liệu chứa thông tin bổ sung mà trạm tớ cần cho việc thực hàm gọi Trong trường hợp đọc ghi, liệu rõ ghi số lượng ghi cần đọc Thông tin kiểm lỗi giúp trạm tớ kiểm tra nội dung thông báo nhận Thông báo đáp ứng bao gồm thành phần giống thông báo yêu cầu Địa địa trạm tớ thực yêu cầu gửi lại đáp ứng Trong trường hợp bình thường, mã hàm giữ nguyên thông báo yêu cầu liệu chứa kết thực hành động, ví dụ nội dung trạng thái ghi Nếu xảy lỗi, mã hàm quay lại sửa để thị đáp ứng thông báo lỗi, liệu mơ tả chi tiết lỗi xảy Phần kiểm lỗi giúp trạm chủ xác định độ xác nơi dung thơng báo nhận Chế độ ASCI Khi thiết bị mạng Modbus chuẩn giao tiếp với chế độ ASCII, byte thông báo gửi thành hai ký tự ASCII bit, ký tự biểu diễn chữ số Hex Ưu điểm chế độ truyền cho phép khoảng thời gian trống tối đa giây hai ký tự mà không gây lỗi Cấu trúc ký tự khung gửi thể sau : Mỗi ký tự khung bao gồm : bit khởi đầu bit biểu diễn chữ số hex byte cần gửi dạng kí tự ASCII (0-9 A-F), bit thấp gửi trước bit parity chẵn/lẻ, sử dụng parity bit kết thúc (Stop bit) sử dụng parity bit kết thúc không sử dụng parity 29 Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu Chế độ RTU Khi thiết bị mạng Modbus chuẩn đặt chế độ RTU (Remote Terminal Unit), byte thông báo gửi thành ký tự bit Ưu điểm chế độ truyền so với chế độ ASCII hiệu suất cao Tuy nhiên , thông báo phải truyền thành dòng liên tục Cấu trúc kí tự khung gửi thể sau Mỗi ký tự khung bao gồm : bit khởi đầu (Start bit) bit byte thông báo cần gửi, bit thấp gửi trước bit parity chẵn lẻ, sử dụng parity bit kết thúc (Stop bit) sử dụng parity bit kết thúc không sử dụng parity Mạng Ethernet công nghiệp IE (Industrial Ethernet) mạng Ethernet công nghiệp mạng phục vụ cho cấp quản lý cấp phân xưởng để thực truyền thơng máy tính hệ thống tự động hố Nó phục vụ cho việc trao đổi lượng thông tin lớn, truyền thông phạm vi rộng Các xử lý truyền thông dùng mạng kiểm tra xem đường dẫn có bị chiếm dụng khơng Nếu khơng trạm mạng gửi điện tín đi, xảy xung đột mạng có hai trạm gửi ngừng lại trình gửi điện tín thực lại sau thời gian định, thời gian xác định theo luật tốn học ngẫu nhiên Mạng Ethernet cơng nghiệp có tính chất đặc trưng sau: Mạng Ethernet cơng nghiệp sử dụng thủ tục truyền thông ISO TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) Theo phương pháp thâm nhập đường dẫn chọn (CSMA/CD – Carrier Sense Multiple Access with Collision Detecion) thành viên mạng Ethernet cơng nghiệp bình đẳng với Theo tiêu chuẩn truyền thơng ISO ISO on TCP trạm khơng phải SIEMENS có khả tích hợp vào mạng, nói cách khác Ethernet cơng nghiệp mạng truyền thông mở Các thông số mạng Ethernet công nghiệp: v Chuẩn truyền thông : IEEE 802.3 Số lượng trạm: Max 1024 trạm v Phương pháp thâm nhập đường dẫn CSMA /CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) Môi trường truyền thông: Dây dẫn : + Cáp đồng trục + Cáp đôi dây xoắn - Cáp quang : Cáp thuỷ tinh chất dẻo - Kiểu nối : Đường thẳng, cây, hình vòng tròn - Dịch vụ truyền thông : S7-FunctionISO-TransportISO-on-TCP Mạng AS - I AS-i (Actuator Sensor Interface) giao diện cảm biến cấu chấp hành, mạng có chủ Phương pháp thâm nhập đường dẫn phương pháp Master – Slave, phương pháp hoàn toàn tối ưu cho mạng có 30 Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu thiết bị chủ AS-i có cấu trúc thật đơn giản cấu chấp hành cảm biến thiết bị kiểu số (Digital Input/Digital Output – DI/DO), thiết bị kiểu analog phải sử dụng chuyển đổi tín hiệu chuẩn SIEMENS Trong mạng có trạm chủ có quyền điều khiển q trình trao đổi thơng tin Trạm chủ (Master) gọi trạm tớ (Slave) tới đòi hỏi trạm gửi liệu lên trạm chủ nhận liệu từ trạm chủ Những tính chất đặc trưng AS-i: - AS-i mạng tối ưu cho thiết bị chấp hành cảm biến số Quá trình trao đổi liệu thực thông qua đường dẫn từ cấu chấp hành/cảm biến với trạm chủ, đường dẫn đồng thời đường cung cấp nguồn cho cảm biến AS-i ghép nối với cấu chấp hành có kích thước bit đến bit theo tiêu chuẩn IP 65 liên kết trực tiếp với q trình - Hoạt động AS-i khơng cần thiết lập cấu hình trước - Các thơng số kỹ thuật AS-i: - Chuẩn : AS-i theo chuẩn IEC TG 178 Số lượng trạm cho phép: Master max 31 Slave - Phương pháp thâm nhập đường dẫn : Master – Slave - Tốc độ truyền: 167 Kbit/s - Môi trường truyền thông: Dây dẫn thẳng không bọc - Khoảng cách thiết bị mạng : 300 m với Repeater - Kiểu nối : Đường thẳng, cây, - Dịch vụ truyền thông : AS-i Function Giới thiệu mạng PROFIBUS Profibus tiêu chuẩn mạng trường mở, quốc tế theo chuẩn mạng trường châu Âu EN 50170 EN 50254 Trong sản xuất, ứng dụng tự động hóa q trình cơng nghiệp tự động hóa tòa nhà, mạng trường nối tiếp (serial fieldbus) hoạt động hệ thống truyền thông, trao đổi thông tin hệ thống tự động hóa thiết bị trường phân tán Chuẩn cho phép thiết bị nhiều nhà cung cấp khác giao tiếp với mà không cần điều chỉnh giao diện đặc biệt PROFIBUS sử dụng phương tiện truyền tin xoắn đôi RS485 chuẩn công nghiệp ứng dụng sản xuất IEC 1158-2 điều khiển q trình Profibus sử dụng Ethernet/TCP-IP CAN viết tắt Controller Area Network tạm dịch Mạng Điều Khiển Vùng Mạng CAN đời gần đáp ứng nhiều vấn đề cho hệ thống điện xe, với truyền tải kiện dây dẫn, tốc độ truyền tải cao, độ sai số thấp, độ tin cậy cao Các hệ thống điện nối với mạng CAN dây DeviceNet hệ thống bus hãng Allen-Bradley phát triển dựa sở CAN, dùng để nối mạng cho thiết bị đơn giản cấp chấp hành Sau này, chuẩn DeviceNet chuyển sang dạng mở quản lý hiệp hội ODVA (Open DeviceNet Vendor Asscociation) thảo chuẩn hóa IEC 62026-3 2.4.3 Lựa chọn trình bay giao thức sử dụng hệ thống 31 Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu Theo nội dung đề tài chúng em chọn giao thức truyền thông PROFIBUS: phương pháp truy nhập PROFIBUS master/slave Các trạm chủ có khả kiểm sốt truyền thơng bus Ngồi PROFIBUS có kĩ thuật truyền dẫn với RS- 485 với tốc độ truyền thông từ 9,6kbit/s đến 12Mbit/s PROFIBUS có dạng chuẩn là: - PROFIBUS DP - PROFIBUS FMS - PROFIBUS PA Profibus DP thiết kế để trao đổi liệu cấp thiết bị trường Ở đó, thiết bị điều khiển PLC/PC hay thiết bị điều khiển q trình khác thông tin với thiết bị trường phân tán I/O, driver van thiết bị đo thông qua Bus thông tin nối tiếp tốc độ cao Dữ liệu trao đổi với thiết bị phân tán chủ yếu theo chu kỳ Các chức thơng tin cần thiết định nghĩa hàm DP DP mở rộng với dịch vụ thông tin không theo chu kỳ cho việc thơng số hóa, giám sát cảnh báo thiết vị trường "thông minh" Profibus DP sử dụng chuẩn RS-485 cáp quang cho phần truyền dẫn tín hiệu Trong chuẩn RS-485 thơng dụng cú giá thành thấp, dễ đấu nối, tốc độ truyền cao RS-485 có cấu trúc dạng Bus, sử dụng cáp đơi xoắn có vỏ bọc chống nhiễu làm môi trường truyền dẫn PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification): sử dụng để trao đổi thông tin điều khiển (PLC) máy tính cấp điều khiển Một ưu điểm FMS liệu truyền có cấu trúc khơng phụ thuộc vào thiết bị mà phát (dạng trung hồ), sau chuyển đổi thành dạng đặc thù thiết bị tiếp nhận Điều có nghĩa là, “nói chuyện” với tất thiết bị hiểu FMS Trong chương trình người sử dụng, ta dùng ngơn ngữ tương ứng STL hay C cho ứng dụng chạy PC Xét theo mơ hình qui chiếu OSI, PROFIBUS-PA giống hoàn toàn PROFIBUS-DP từ lớp liên kết liệu (FDL) trở lên Vì việc ghép nối hai hệ thống thực đơn giản qua chuyển đổi (DP/PA- Link DP/PA-Coupler), minh họa Mỗi thiết bị trường PA coi DP-Slave Các giá trị đo, giá trị điều khiển trạng thái thiết bị trường PA trao đổi tuần hoàn với DP-Master (DPM1) qua chức DP sở (DP-V0) Mặt khác, liệu không tuần hoàn tham số thiết bị, chế độ vận hành, thơng tin bảo dưỡng chẩn đốn trao đổi với công cụ phát triển (DPM2) qua chức DP mở rộng (DP- V1) Bên cạnh chức DP chuẩn, PA bổ sung hàm quản trị hệ thống có đồng hóa thời gian 32 Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu Cả PROFIBUS DP PROFIBUS FMS dùng chung công nghệ truyền dẫn kỹ thuật truy cập mạng, chúng hoạt động đồng thời PROFIBUS PA thiết kế để chuyên dùng cho điều khiển trình cho phép thiết bị đo thiết bị chấp hành nối ghép với mạng điều khiển chung chí điều kiện mơi trường nguy hiểm PROFIBUS PA tuân theo tiêu chuẩn IEC 61158-2 (truyền đồng bộ), nghĩa cấu hình an tồn thiết bị trường nhận nguồn ni thơng qua đường mạng PROFIBUS-PA có cấu trúc hình tuyến, hình hay hình Số trạm nhánh mạng phụ thuộc vào nguồn ni, dòng tiêu thụ trạm, dạng cáp sử dụng khoảng cách chúng Tốc độ truyền PROFIBUS PA 31.25 kbit/giây Nó hoạt động với cấu hình có dự phòng cách nhân đơi đường mạng Một tuyến PROFIBUS PA nối với tuyến PROFIBUS DP thông qua chuyển đổi DP/PA link Để cấu hình truyền thơng Profibus cần có: Trạm Master ( Master station) Trạm Slave ( Slave station) - Master cho hệ thống S7-300 có tích hợp cơng truyền thơng Profibus( CPU 300 - 2DP) Còn khơng có cổng truyền thơng tích hợp ta mua module truyền thơng Profibus để có cổng Profibus DP làm nhiệm vụ Master - Slave lựa chọn S7-300 có truyền thơng Profibus ( mua thêm module rời), hình HMI có truyền thơng Profibus Trong mạng có thiết bị Master (Mono Master) điều khiển truy nhập đường truyền theo Master/Slave Khi Master hỏi Slave trả lời yêu cầu từ Master Trong mạng có nhiều Master (Multi Master) điều khiển truy nhập kết hợp hai phương pháp: Master sử dụng phương pháp Token Bus Master với Slave sử dụng phương pháp Master/Slave Một Master quản lý hay nhiều Slave Slave bị truy nhập nhiều Master PROFIBUS thực lớp 1, lớp lớp theo mơ hình qui chiếu OSI, minh họa Tuy nhiên, PROFIBUS-DP -PA bỏ qua lớp nhằm tối ưu hóa việc trao đổi liệu trình cấp điều khiển với cấp chấp hành Một số chức thiếu bổ sung qua lớp giao diện sử dụng nằm lớp Bên cạnh hàm dịch vụ DP sở mở rộng qui định lớp giao diện sử dụng, hiệp hội PI đưa số qui định chuyên biệt (profiles) đặc tính chức đặc thù thiết bị cho số lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu Các đặc tả nhằm mục đích tạo khả tương tác thay lẫn thiết bị từ nhiều nhà sản xuất Cả ba giao thức FMS, DP PA có chung lớp liên kết liệu (lớp FDL) PROFIBUS-PA có giao diện sử dụng DP, nhiên tính thiết bị qui định khác nhằm phù hợp với môi trường làm việc dễ cháy nổ Kỹ thuật truyền dẫn MBP (Manchester coded, Bus Powered) theo IEC 1158-2 cũ áp dụng đảm bảo vấn đề an toàn cung cấp nguồn cho 33 Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu thiết bị qua dây dẫn bus Để tích hợp đoạn mạng DP PA dùng chuyển đổi (DP/PA-Link, DP/PA-Coupler) có sẵn thị trường Lớp ứng dụng FMS bao gồm hai lớp FMS (Fieldbus Message Specification) LLI (Lower Layer Interface), FMS tập chuẩn MMS Lớp FMS đảm nhiệm việc xử lý giao thức sử dụng cung cấp dịch vụ truyền thơng, LLI có vai trò trung gian cho FMS kết nối với lớp mà không phụ thuộc vào thiết bị riêng biệt Lớp LLI có nhiệm vụ thực chức bình thường thuộc lớp 3-6, ví dụ tạo ngắt nối, kiểm sốt lưu thơng PROFIBUS-FMS PROFIBUS-DP sử dụng kỹ thuật truyền dẫn phương pháp truy nhập bus, hoạt động đường truyền vật lý Lớp vật lý PROFIBUS qui định kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu, mơi trường truyền dẫn, cấu trúc mạng giao diện học Các kỹ thuật truyền dẫn sử dụng RS-485, RS-485-IS cáp quang (đối với DP FMS) MBP (đối với PA) RS-485-IS (IS: Intrinsically Safe) phát triển sở RS-485 để sử dụng mơi trường đòi hỏi an tồn cháy nổ Lớp liên kết liệu PROFIBUS gọi FDL (Fieldbus Data Link), có chức kiểm sốt truy nhập bus, cung cấp dịch vụ (cấp thấp) cho việc trao đổi liệu cách tin cậy, không phụ thuộc vào phương pháp truyền dẫn lớp vật lý Chuẩn PROFIBUS theo IEC 61158 qui định đặc tính điện học học giao diện RS-485 môi trường truyền thông, sở ứng dụng lựa chọn thơng số thích hợp Các đặc tính điện học bao gồm: - Tốc độ truyền thông từ 9,6 kbit/s đến 12 MBit/s - Cấu trúc đường thẳng kiểu đường trục/đường nhánh (trunk-line/drop-line) daisy-chain, tốc độ truyền từ 1,5 Mbit/s trở lên yêu cầu cấu trúc daisy-chain - Cáp truyền sử dụng đơi dây xoắn có bảo vệ (STP) Hiệp hội PI khuyến cáo dùng cáp loại A - Trở kết thúc có dạng tin cậy (fail-safe biasing ) với điện trở 390Ω-220Ω-390Ω - Chiều dài tối đa đoạn mạng từ 100 đến 1200m, phụ thuộc vào tốc độ truyền lựa chọn Quan hệ tốc độ truyền chiều dài tối đa đoạn mạng tóm tắt bảng 4.1 - Số lượng tối đa trạm đoạn mạng 32 Có thể dùng tối đa lặp tức 10 đoạn mạng Tổng số trạm tối đa mạng 126 - Chế độ truyền tải không đồng hai chiều khơng đồng thời - Phương pháp mã hóa bit NRZ 34 Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu Ưu điểm: Được sủ dụng rộng rãi,sẵn có giao diện cho ứng dụng,trung tâm điều khiển động cơ,các cổng nối cho phép kết hợp profibus PA trực tiếp với mạng profibus DP,giao diện chủ sẵn có cho PLC DCS hệ thống máy tính, hỗ trợ trực tiếp cho mạng bus sensor chi phí thấp - ProfiBus thực chức ứng dụng hoạt động theo chu kỳ, có độ tin cậy cao có khả đáp ứng cao tính thời gian thực - Sử dụng môi trường an toàn (Intrinsically Safe) (đối với thiết bị Profibus PA) - Các cổng nối (gateway) cho phép tích hợp Profibus PA trực tiếp với mạng Profibus DP - Thiết bị gateway hỗ trợ trực tiếp mạng bus sensor chi phí thấp hơn, đặc biệt AS-Interface Hệ thu thập liệu truyền số liệu 35 Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu Chương : Kết luận 3.1 Các nội dung đạt đề tài Sau hoàn thành nhóm học hỏi thêm nhiều kiến thức có ích cho cơng việc sau này, đề tài có tính ứng dụng thực tế cao, sau kết nhóm đạt được: Tìm hiểu làm quen với dây chuyền sản xuất tự động với thiết bị đại PLC sensor, biến tần… Nghiên cứu sử dụng chương trình simatic step7 việc viết chương trình điều khiển đáp ứng yêu cầu đề tài Dựa vào hệ thống thực tế để tạo giao diện mô phần mềm Wincc đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Phát triển kỹ tư duy, sáng tạo khả học hỏi giải vấn đề kỹ làm việc nhóm Khai thác sức mạnh cơng nghệ thơng tin việc tìm kiếm tài liệu nghiên cứu 3.2 Hạn chế tồn phương hướng khắc phục Đây chương trình mơ máy tính khơng có thiết bị thực tế nên khó khăn việc lập trình, độ mượt chuyển động phụ thuộc vào cấu hình máy Các khâu chương trình thiếu sót chưa sát với thực tế Do thời gian kiến thức có hạn nên nhiều chức phần mềm chưa khai thác Do đề tài đề tài lớn số lượng thiết bị nhiều, giá thành thiết bị lớn nên nhóm em chưa thể thực đề tài thực tế Do kết thực nghiệm chưa thể khẳng định Nếu thực thực tế phải bổ sung điều chỉnh số thông số cho phù hợp với điều kiện thực tế Dưới hướng dẫn nhiệt tình giảng viên Nguyễn Thu Hà đến chúng em hoàn thành xong tập lớn với đề tài “Ứng dụng Win cc PLC S7-300 để điều khiển cho hệ thống phân phối liệu “ Đây phần chương trình kết nối phần cứng PLC với máy tính , nhiều hạn chế kiến thức nên tập lớn chưa đầy đủ cụ thể em chưa đề cập sâu Em mong đóng góp ý kiến thầy giáo để đề tài chúng em hoàn thiện đầy đủ , Cuối em xin chân thành cảm ơn cô giáo Nguyễn Thu Hà nhiệt tình giúp đỡ chúng em thầy cô giáo khác khoa điện bạn sinh viên lớp Điện K9 trường đại học công nghiệp hà nội giúp chúng em hoàn thành xong đề tài ! em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 29 tháng 11 năm 2017 36 ... Q0.1 V1, SM1, SM2 Điều khiển van V1, động SM1 SM2 Q0 .2 V2 Điều khiển van V2 22 Bài Tập Lớn Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu 2. 3.3 Sơ đồ đấu dây START STOP S1 S2 S3 S4 + 24 V L I0.0 Q0.0... module chức có cách gán địa giống Địa phụ thu c vào vị trí gá module Panen Chỗ gá module panen gọi khe (Slot), khe có đánh số, khe số khe tiếp tục Khi gá module số vào, lên khe mạng địa byte khe... kênh Một khe có kênh với địa PIW256 PQW256 (byte 25 6 25 7) PIW766 PQW766 Module tương tự gá vào khe panen PLC, khe trống có trạng thái tín hiệu “0” Ví dụ: Một module tương tự vào, gá vào khe số rãnh