MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH LỜI NÓI ĐẦU LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG 1.1.1 Khái niệm mạng truyền thông công nghiệp .8 1.1.2 Vai trò mạng truyền thơng cơng nghiệp .8 1.1.3 Mơ hình phân cấp mạng truyền thông công nghiệp 1.2 CƠ SỞ KỸ THUẬT THỰC HIỆN MẠNG TRUYỀN THÔNG TRONG CÔNG NGHIỆP .10 1.2.1 Các khái niệm .10 1.2.2 Chế độ truyền tải 11 1.2.3 Truyền đồng không đồng 12 1.2.4 Truyền chiều truyền hai chiều 12 1.3 CẤU TRÚC MẠNG – TOPOLOGY 13 1.3.1 Cấu trúc bus 13 1.3.2 Kiến trúc giao thức 15 1.3.3 Truy nhập bus 15 1.3.4 Bảo toàn liệu .17 1.3.5 Kỹ thuật truyền dẫn 19 1.4 CÁC HỆ THỐNG BUS TIÊU BIỂU 20 1.4.1 PROFIBUS .20 1.4.2 CAN 21 1.4.3 DEVICENET 21 1.4.4 MODBUS 21 1.4.5 INTERBUS 21 1.4.6 AS-I 21 1.4.7 ETHERNET .22 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG BÀI TỐN MẠNG TRUYỀN THƠNG CƠNG NGHIỆP .23 2.1 ĐẶT BÀI TOÁN 23 2.2 MẠNG TRUYỀN THÔNG MODBUS 23 2.2.1 Cơ chế giao tiếp 23 2.2.2 Chế độ truyền 24 2.3 CÁC GIAO THỨC VÀ CHUẨN TRUYỀN THƠNG TRONG MẠNG 25 2.3.1 Chuẩn truyền thơng RS-232 .25 2.3.2 Giao thức USS lệnh giao thức (USS Protocol) .28 2.3.3 Chuẩn truyền thông RS-485 .32 2.4 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC S7-200 VÀ BIẾN TẦN MICROMASTER 420 CỦA HÃNG SIEMENS 33 2.4.1 PLC S7-200 33 2.4.2 Biến tần MicroMaster 420 41 2.5 KHÁI QUÁT VỀ PHẦN MỀM WINCC, SỬ DỤNG PC ACCESS VÀ GIAO THỨC OPC ĐỂ KẾT NỐI S7-200 VỚI WINCC 43 2.5.1 Phần mềm WinCC (Windows Control Center) 43 2.5.2 Kết nối S7-200 với WinCC 44 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN 48 3.1 LẮP ĐẶT THIẾT BỊ VÀ ĐẤU NỐI DÂY DẪN CHO MƠ HÌNH 48 3.1.1 Danh mục thiết bị sử dụng mơ hình 48 3.1.2 Lắp đặt thiết bị 49 3.2 CÁC BƯỚC CÀI ĐẶT THAM SỐ BIẾN TẦN .50 PHỤ LỤC CÁC BẢN VẼ .51 PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIAO DIỆN GIÁM SÁT HMI 52 PHỤ LỤC QUY TRÌNH VẬN HÀNH MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN - GIÁM SÁT HỆ THỐNG MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP 71 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO .74 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Chế độ ASCII .25 Bảng 2.2 Chế độ RTU .25 Bảng 2.3 Các thông số quan trọng RS-232 26 Bảng 2.4 Mã hóa bit NRZ 32 Bảng 2.5: Danh mục thiết bị 48 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Mơ hình phân cấp hệ thống mạng cơng nghiệp Hình 1.2 Truyền bít song song 11 Hình 1.3 Truyền bit nối tiếp 11 Hình 1.4 Truyền chiều chuyền hai ciều 12 Hình 1.5 Cấu trúc mạch vòng 14 Hình 1.6 Cấu trúc hình .14 Hình 1.7 Cấu trúc hình .15 Hình 1.8 Master/Slave .16 Hình 1.9 Token Passing 16 Hình 2.1 Chu trình yêu cầu đáp ứng 24 Hình 2.2 Truyền thông RS 232 26 Hình 2.3 Sơ đồ giắc cắm loại chân .27 Hình 2.4 Cáp truyền thơng PLC với biến tần theo chuẩn RS-485 .28 Hình 2.5 Sơ đồ khối PLC 33 Hình 2.6 Chọn cổng giao tiếp máy tính PLC 37 Hình 2.7 Chọn Properties PC/PPI cable (PPI) 38 Hình 2.8 Chọn cổng COM 38 Hinh 2.9 Chọn địa PLC .39 Hình 2.10 Dowload, upload 39 Hình 2.11 Đọc PLC 39 Hình 2.5 Biến tần gián tiếp .42 Hình 2.6 Biến tần trực tiếp 42 Hình 2.12 Tạo file 46 Hình 2.13 Tạo nút nhấn thay đổi miền nhớ 47 Hình 3.1 Sơ đồ bố trí thiết bị (Phụ lục – Các vẽ ) 49 Hình 3.2 Sơ đồ nối dây (Phụ lục – Các vẽ ) .49 Hình 3.3 Mơ hình hồn thành 49 LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta đà phát triển thành nước cơng nghiệp, từ ứng dụng khoa học công nghệ áp dụng cách rộng rãi để thay dần sức lao động người nhằm nâng cao suất lao động, đồng thời cắt giảm số lượng lao động Đối với giáo dục Việt Nam nói chung trường dạy nghề nói riêng, việc áp dụng trang thiết bị, máy móc đại vào trường học vấn đề cần thiết nhằm mục đích giúp sinh viên tiếp thu kiến thức cách tốt hơn, tiếp cận với trang thiết bị sớm hơn, khơng bỡ ngỡ, đồng thời hồn thiện kĩ trở thành kĩ sư, công nhân kĩ thuật cao sau trường Tuy nhiên, trường học, sở dạy nghề, việc sử dụng trang thiết bị hỗ trợ cơng tác giảng dạy chưa phổ biến nhiều lí Chính mà nhiều sinh viên trường không đủ kỹ năng, kiến thức thực tế để làm việc chưa hòa nhập với mơi trường làm việc Trong công nghiệp nay, việc ứng dụng mạng truyền thông để kết nối việc điều khiển giám sát thiết bị, cấu chấp hành ngày sử dụng nhiều nhà máy, xí nghiệp, dây chuyền sản xuất Việc điều khiển hệ thống máy tính giúp việc giám sát lưu giữ giá trị thuận tiện Một thuận lợi ngày có nhiều thiết bị, cấu chấp hành thiết bị điều khiển PLC, biến tần sử dụng kết nối giao tiếp chuẩn truyền thông như: Profibus, Modbus, Uss Protocol… Từ nhu cầu thực trạng trình bày trên, nhóm thực việc tìm hiểu mạng truyền thông công nghiệp theo giao thức truyền thơng Modbus Uss Protocol, từ ứng dụng để xây dựng mơ hình điều khiển giám sát truyền thơng máy tính, PLC biến tần với động làm cấu chấp hành: “Mô hình điều khiển-giám sát hệ thống mạng truyền thơng cơng nghiệp” Việc xây dựng nên mơ hình vừa có mục đích tìm hiểu, vừa mang lại nhìn trực quan hệ thống mạng cơng nghiệp Ngồi ra, mơ hình ứng dụng việc giảng dạy trường học, trung tâm dạy nghề Đồ án “Mơ hình điều khiển - giám sát hệ thống mạng truyền thơng cơng nghiệp” nhóm em gồm nội dung phụ lục sau: Chương 1: Tổng quan mạng truyền thông công nghiệp Chương 2: Thiết kế xây dựng tốn mạng truyền thơng công nghiệp Chương 3: Kết thực nghiệm Phụ lục 1: Các sơ đồ, vẽ thiết kế Phụ lục 2: Chương trình điều khiển, giao diện giám sát Phụ lục 3: Các thao tác vận hành giám sát mạng truyền thông công nghiệp, kết luận khuyến nghị, tài liệu tham khảo Trong trình thực hiện, thành viên tích cực nghiên cứu, tìm hiểu để mơ hình hồn thiện Nhưng thời gian hạn hẹp kiến thức hạn chế chưa có kinh nghiệm nhiều nên khơng thể tránh khỏi sai sót, mong đóng góp ý kiến bổ sung thầy cô bạn để đồ án nhóm em hồn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực ! LỜI CẢM ƠN Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy khoa Điện – Điện Tử trường Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Cao Hà Nội đặc biệt thầy cô môn Điện Công Nghiệp truyền thụ cho chúng em kiến thức quý báu thời gian qua Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy ĐINH VĂN VƯƠNG giảng viên Trường Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Cao Hà Nội tận tâm hướng dẫn cung cấp tài liệu tạo điều kiện thuận lợi để nhóm hồn thành đồ án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀỀ MẠNG TRUYỀỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG 1.1.1 Khái niệm mạng truyềền thông công nghiệp Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp khái niệm chung hệ thống mạng truyền thơng số, truyền bít nối tiếp, sử dụng để ghép nối thiết bị công nghiệp 1.1.2 Vai trò mạng truyềền thơng cơng nghiệp Ghép nối thiết bị, trao đổi thông tin vấn đề quan trọng giải pháp tự động hóa Một điều khiển cần ghép nối với cảm biến cấu chấp hành Mạng truyền thông công nghiệp làm thay đổi hẳn tư thiết kế tích hợp hệ thống Ưu điểm giải pháp dùng mạng truyền thông công nghiệp nằm phương diện kỹ thuật, mà nằm khía cạnh hiệu kinh tế Vì vậy, ứng dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực cơng nghiệp, điều khiển q trình, tự động hóa xí nghiệp, điều khiển giao thơng…  Ưu điểm sử dụng mạng truyền thông công nghiệp:  Thay hoàn toàn hệ thống truyền cũ : – 20mA, 0-10V…  Cho phép làm việc với sản phẩm nhiều nhà sản xuất khác  Là hệ thống mở, đồng thời cho phép hiệu chỉnh điều khiển từ phòng điều khiển trung tâm  Hệ thống hoạt động với độ tin cậy cao  Độ mềm dẻo gần khơng có giới hạn  Giá thành thấp  Lượng thơng tin truyền tải lớn 1.1.3 Mơ hình phân câấp mạng truyềền thông công nghiệp Để xếp, phân loại phân tích đặc trưng hệ thống mạng truyền thơng cơng nghiệp Với loại mơ hình này, chức phân thành nhiều cấp khác nhau, minh họa theo hình sau: Hình 1.1 Mơ hình phân cấp hệ thống mạng công nghiệp  Cấp trường: Đây cấp nằm trường tất nhiên cấp nằm sát với dây chuyền sản xuất thiết bị cấp Sensor cấu chấp hành, chúng nối mạng trực tiếp thông qua đường Bus để nối với cấp trên(cấp điều khiển) Điển hình Bus trường là: Profibus-DF, Profibus-PA, can, fieldbus, Device Net…  Cấp điều khiển: Cấp bao gồm trạm điều khiển trường (FCS), điều khiển logic lập trình (PLC), thiết bị quan sát… Chức thu thập tín hiệu từ trường, thực điều khiển sở, điều khiển logic, tổng hợp liệu… Điển hình bus hệ thống là: Profibus-FMS, controlNet, Industrial Etherner  Cấp điều khiển giám sát: Các thiết bị cấp bao gồm trạm giao tiếp người máy HIS, trạm thiết kế kỹ thuật EWS, thiết bị phụ trợ khác Chức cấp thực điều khiển trình (Process Control), thực thuật toán điều khiển tối ưu…  Cấp quản lý kỹ thuật quản ký kinh tế: Thực chất cấp quan trọng hoạt động công ty, nhiên yêu cầu tốc độ trao đổi thơng tin đòi hỏi thời gian thực không cao, chức cấp quản lý tình trạng hoạt động thiết bị toàn hệ thống hoạch định chiến lược phát triển sản xuất dựa tình trạng thiết bị Một số giao thức dùng hệ thống Fast Ethernet, TCP/IP 1.2 CƠ SỞ KỸ THUẬT THỰC HIỆN MẠNG TRUYỀN THÔNG TRONG CÔNG NGHIỆP 1.2.1 Các khái niệm  Thông tin Thông tin khái niệm sở khoa học kỹ thuật, giống vật chất lượng Các đầu vào đầu hệ thống kỹ thuật vật chất, lượng thơng tin Thông tin sở cho giao tiếp Thơng qua việc giao tiếp mà đối tác có thêm hiểu biết lẫn vấn đề, kiện hệ thống  Dữ liệu Dữ liệu phần thông tin biểu diễn dãy bit Thông tin đại lượng trừu tượng, cần biểu diễn hình thức Khả biểu diễn thơng tin đa dạng qua hình ảnh, chữ viết cử chỉ…, Dạng biểu diễn thông tin phụ thuộc vào mục đích, tính chất ứng dụng Đặc biệt thơng tin mơ tả, hay nói cách khác “số lượng hóa” liệu đẻ xử lý lưu trữ máy tính  Tín hiệu Việc trao đổi thơng tin (giữa người người, người máy) hay liệu (giữa máy máy) thực nhờ tín hiệu Vì vậy, tín hiệu diễn biến đại lượng vật lý chứa đựng tham số thông tin/dữ liệu truyền dẫn Trong lĩnh vực kỹ thuật, dạng tín diệu thường dùng điện, quang, khí nén, thủy lực, âm Các tham số như: Biên độ (điện áp, dòng…), tần số, nhịp xung, độ rộng xung, sườn xung, pha, vị trí xung thường dùng trực tiếp, gián tiếp, hay kết hợp để biểu thị nội dung thơng tin.Tín hiệu thường phân thành dạng sau: Tương tự, liên tục, gián đoạn, rời rạc  Tính thời gian thực Tính thời gian thực đặc trưng quan trọng hệ thống tự động hóa nói chung hệ thống bus trường nói riêng Sự hoạt động bình thường hệ thống kỹ thuật làm việc thời gian thực khơng phuc thuộc vào độ xác, đắn cúa kết đầu ra, mà phụ thuộc vào thời điểm đưa kết Để đảm bảo tính thời gian thực, hệ thống bus phải có đặc điểm sau đây:  Độ nhanh nhạy: Tốc độ truyền thơng hữu ích phải đủ nhanh để đáp ứng nhu cầu trao đổi liệu giải pháp cụ thể 10 64  Chế độ Manual Slave (Subroutine 2) 65 66  Chương trình PLC Slave  Chương trình Main: 67 68 69 70 71  Chế độ auto slave (Subroutine 1)  Chế độ Manual slave (Subroutine 2) 72 73 GIAO DIỆN GIÁM SÁT HMI 70 PHỤ LỤC QUY TRÌNH VẬN HÀNH MƠ HÌNH ĐIỀỀU KHIỂN - GIÁM SÁT HỆ THÔẤNG MẠNG TRUYỀỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP Bước 1: Đóng ATM cấp nguồn cho mạch lực mạch điều khiển,lúc đèn báo pha đèn báo dừng hệ thống (STOP) dừng động (OFF) sáng Bước 2: Ấn Start bảng điều khiển Master để khởi động hệ thống lúc đèn báo dừng hệ thống (STOP) tắt đèn báo hệ thống hoạt động (START) sáng Bước 3: Vận hành PLC Slave1  Chế độ Auto: Ấn ON2 kích hoạt biến tần điều khiển động hoạt động, đèn ON sáng đèn OFF tắt Sau động đạt tốc độ tối đa tương ứng với 50Hz biến tần tự động kích hoạt điều khiển động hoạt động, lúc đèn ON sáng đèn OFF tắt Đến động đạt tốc độ cực đại, sau khoảng thời gian 10 giây động dừng, động dừng hẳn động phép dừng kết thúc chu trình hoạt động Khi hệ thống hoạt động mà xảy cố ta ấn nút EMG để dừng khẩn cấp toàn hệ thống Lúc đèn dừng hệ thống STOP đèn báo dừng động OFF 1, OFF 2, OFF 3, OFF sáng đồng thời đèn báo khởi động hệ thống START, đèn báo động ON 1, ON 2, ON 3, ON tắt  Chế độ Manual: Nhấn ON2 kích hoạt biến tần điều khiển động hoạt động, đèn ON sáng đèn OFF tắt Sau động đạt tốc độ cực đại 50Hz ta ấn ON1 động phép hoạt động, lúc đèn ON sáng đèn OFF tắt Để dừng động ta ấn OFF1 OFF2 để dừng động động Hoặc ấn nút OFF để dừng chế độ ( AUTO MANUAL) đèn báo dừng động OFF 3, OFF sáng đồng thời đèn báo động ON 3, ON tắt Khi xảy cố, ấn EMG để dừng khẩn cấp toàn hệ thống Lúc đèn dừng hệ thống STOP đèn báo dừng động OFF 1, OFF 2, OFF 3, OFF sáng đồng thời đèn báo khởi động hệ thống START, đèn báo động ON 1, ON 2, ON 3, ON tắt Bước 4: Vận hành PLC Slave 2:  Chế độ Auto: Ấn Start kích hoạt biến tần biến tần điều khiển tốc độ động động đèn báo động ON 1, ON sáng, đèn báo dừng động ON 1, ON tắt tần số 10Hz sau khoảng thời gian hai động tự động tăng tốc lên 20Hz, 30Hz, 71 40Hz 50Hz Sau tốc độ động ổn định mức 50Hz tốc độ bắt đầu giảm xuống 40Hz, 30Hz, 20Hz, 10Hz dừng hẳn kết thúc chu kỳ hoạt động Các chu trình hoạt động tiệp theo se hoạt động sau giây lúc nầy động lại tiếp tục tự động hoạt động Chu trình lặp lặp lại liên tục Khi có cố ta ấn nút dừng khẩn cấp EMG để dừng toàn hệ thống Lúc đèn dừng hệ thống STOP đèn báo dừng động OFF 1, OFF 2, OFF 3, OFF sáng đồng thời đèn báo khởi động hệ thống START, đèn báo động ON 1, ON 2, ON 3, ON tắt  Chế độ Manual: Nhấn START kích hoạt biến tần 1,2 điều khiển động 1,2 hoạt động, đèn ON 1,ON sáng đèn OFF 1, OFF tắt ấn UP DOWN để điều khiển tăng giảm tốc độ động tương ứng giá trị tăng tốc lên 20Hz, 30Hz, 40Hz 50Hz Hoặc giảm xuống 40Hz, 30Hz, 20Hz, 10Hz 10 Ấn STOP để dừng động động đèn báo dừng động OOF 1, OOF sáng đồng thời đèn báo động ON 1, ON tắt 11 Khi xảy cố, ấn EMG để dừng khẩn cấp toàn hệ thống Lúc đèn dừng hệ thống STOP đèn báo dừng động OFF 1, OFF 2, OFF 3, OFF sáng đồng thời đèn báo khởi động hệ thống START, đèn báo động ON 1, ON 2, ON 3, ON tắt  Để lặp lại chu trình ta làm theo bước mục 72 KỀẤT LUẬN VÀ KHUYỀẤN NGHỊ Kết luận  Trong trình nghiên cứu, tìm hiểu thực tế, tiến hành thực đồ án, tham vấn hướng dẫn tận tình thầy Đinh Văn Vương thầy cô khoa Điện - Điện tử, đồ án “Mơ hình điều khiển - giám sát hệ thống mạng truyền thơng cơng nghiệp” hồn thành đạt kết sau:  Nghiên cứu xây dựng hệ thống mạng truyền thông công nghiệp  Nghiên cứu xây dựng hệ thống điều khiển truyền thông PLC  PLC sử dụng chuẩn truyền thông Modbus Protocol  Nghiên cứu xây dựng hệ thống điều khiển truyền thông PLC  MicroMaster (biến tần) sử dụng chuẩn truyền thông USS Protocol  Tổng hợp điều chỉnh, viết chương trình xây dựng mơ hình WinCC mô đánh giá chế độ tham số, sở đánh giá tính xác vận hành hợp lí cho hệ thống  Đây cơng đoạn khơng thể thiếu q trình giám sát vận hành mơ hình điều khiển-giám sát hệ thống mạng truyền thơng cơng nghiệp Có thể nói đồ án đạt mục tiêu đề đáp ứng nhu cầu thực tiễn xây dựng hệ thống truyền thông công nghiệp Khuyến nghị  Khi thiết kế - xây dựng “mơ hình điều khiển-giám sát hệ thống mạng truyền thông công nghiệp” cần kiểm nghiệm để đạt kết cao Với kết đạt được, khẳng định hướng tiếp cận ứng dụng PLC Siemens S7200 để điều khiển - giám sát hệ thống mạng truyền thông công nghiệp thiết thực triển vọng Trên sở tiếp tục xây dựng mơ hình điều khiển, giám sát hệ thống mạng truyền thơng cơng nghiệp xí nghiệp, nhà máy, dây chuyền sản xuất ứng dụng chuẩn truyền thơng khác…góp phần làm tăng suất, hiệu suất lao động, thúc đẩy cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đề cương giảng PLC S7-200 Siemens ThS Đinh Văn Vương trường Cao đẳng nghề công nghệ cao Hà Nội, Tài liệ lưu hành nội Đề cương giảng SCADA ThS Đinh Văn Vương trường Cao đẳng nghề công nghệ cao Hà Nội, Tài liệ lưu hành nội Hoàng Minh Sơn, “Tài liệu hướng dẫn tạo giao diện WinCC”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Trang Web http:// dientuvietnam.net http:// tudonghoa.com http://siemens.com http:// tailieu.vn 74 ... niệm mạng truyềền thông công nghiệp Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp khái niệm chung hệ thống mạng truyền thông số, truyền bít nối tiếp, sử dụng để ghép nối thiết bị cơng nghiệp. .. dựng mơ hình điều khiển giám sát truyền thơng máy tính, PLC biến tần với động làm cấu chấp hành: “Mơ hình điều khiển -giám sát hệ thống mạng truyền thông công nghiệp Việc xây dựng nên mơ hình vừa... nhìn trực quan hệ thống mạng cơng nghiệp Ngồi ra, mơ hình ứng dụng việc giảng dạy trường học, trung tâm dạy nghề Đồ án “Mơ hình điều khiển - giám sát hệ thống mạng truyền thông công nghiệp nhóm