Đang tải... (xem toàn văn)
Từ những nghiên cứu về các phương thức truyền thông được hỗ trợ trong các thiết bị logic khả trình (PLC) của Siemens, chúng tôi tập trung phát triển phương thức truyền thông trực tiếp giữa máy tính (PC) và PLC nhằm áp dụng trong các hệ thống điều khiển – giám sát trạm trộn bêtông theo chu kỳ dựa trên ngôn ngữ lập trình bậc cao.
Ngơ Như Khoa cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 58(10): 35 - 40 XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC TRUYỀN THÔNG TRỰC TIẾP GIỮA PC VÀ PLC ỨNG DỤNG TRONG HỆ ĐIỀU KHIỂN – GIÁM SÁT TRẠM TRỘN BÊ TƠNG Ngơ Như Khoa1*, Nguyễn Văn Huy2 Đại học Thái Nguyên, Trường Đại học KTCN - Đại học Thái Nguyên TÓM TẮT Từ nghiên cứu phương thức truyền thông hỗ trợ thiết bị logic khả trình (PLC) Siemens, chúng tơi tập trung phát triển phương thức truyền thông trực tiếp máy tính (PC) PLC nhằm áp dụng hệ thống điều khiển – giám sát trạm trộn bêtông theo chu kỳ dựa ngơn ngữ lập trình bậc cao Các nội dung đề cập đến báo là: Kỹ thuật truy nhập trực tiếp nhớ PLC; cấu trúc gói liệu tương ứng với thơng tin truyền thuật tốn truyền thơng Tính đắn độ tin cậy thuật tốn khẳng định thơng qua phần mềm điều khiển – giám sát xây dựng chạy thử nghiệm hệ thống thực Từ khóa:Truyền thơng với PLC, điều khiển-giám sát PLC, PLCS7-200, điều khiển trạm trộn bê tông * GIỚI THIỆU Các hệ thống trạm trộn bêtông tự động sản xuất sử dụng mức phổ biến lĩnh vực xây dựng công nghiệp dân dụng hầu giới nước Nguyên lý chung hệ thống là: dùng điều khiển Logic khả trình làm thiết bị điều khiển trung tâm (cân định lượng thành phần phối liệu, ximăng, nước chất phụ gia; điều khiển cửa xả phối liệu, hoạt động vận chuyển phối liệu, nạp phối liệu, trộn xả bêtơng); nhiệm vụ giám sát hệ thống quản lý vật tư, sản phẩm phần mềm máy tính đảm nhiệm Vấn đề nghiên cứu thiết kế chế tạo trạm trộn bêtơng nói riêng hệ thống điều khiển tự động nói chung, thu hút nhiều quan tâm nhà khoa học nước [2, 3] nhiều công ty hoạt động lĩnh vực khí - tự động hóa nước nghiên cứu, chế tạo thương mại hóa [3, 4, 5, 6] Để xây dựng phần mềm điều khiển – giám sát hệ thống theo thời gian thực PLC * Ngô Như Khoa, Tel: +84 963887888 , Email: khoa.ngonhu@gmail.com Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên thực thi chương trình, cần phải dựa việc truy xuất vào nhớ PLC từ máy tính Có phương pháp truy xuất vào nhớ PLC từ máy tính: Giao tiếp với hệ điều hành PLC Phương pháp sử dụng công cụ dựng sẵn nhà sản xuất, mã lệnh rõ thao tác tác động vào ô nhớ cụ thể PLC Phương pháp đơn giản mặt lập trình, sử dụng mã lệnh thân thiện, thơng qua chương trình chun dụng giao tiếp với PLC WINCC, LABVIEW, OPCServer… Người sử dụng cần vị trí muốn thao tác, cơng việc lại phần mềm xử lý Nhược điểm phương pháp chi phí cao để mua quyền nhà phát triển phần mềm giao tiếp (giá tham khảo [7], phần mềm WinCC V6.0 RC 128K TAGSR Siemens bán giá 2.400$; WinCC V6.2 giá bán tới 12.251 USD, vv) Giao tiếp thông qua truyền thông liệu qua cổng truyền thông Phương pháp truy xuất chi phí thấp sử dụng lệnh ngơn ngữ lập trình thơng dụng để thao tác liệu truyền thông PLC PC Tuy nhiên phương pháp phức tạp việc lập trình, người dùng phải xây dựng http://www.lrc-tnu.edu.vn Ngơ Như Khoa cs Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 58(10): 35 - 40 2.1 Xây dựng cấu trúc gói liệu điều khiển thơng tin giám sát: giao thức truyền thơng, kiểm sốt lỗi truyền thơng Phải trực tiếp kiểm sốt lệnh truyền thơng từ PLC lên PC ngược lại Để truyền thông từ PC xuống PLC ta dùng ngơn ngữ lập trình hỗ trợ truy xuất RS-232 Visual Basic, Delphi, C++,… Các thông tin cần thiết truyền thơng PC PLC q trình điều khiển – giám sát trạm trộn bao gồm: (i) PC phải gửi thông tin phối liệu bêtông mẻ trộn cho PLC; (ii) PC gửi số thông tin điều khiển hệ thống cho PLC; (iii) PLC gửi thông tin cập nhật trạng thái toàn hệ thống cho PC phục vụ công tác giám sát Như vậy, cần xây dựng cấu trúc gói liệu Cụ thể sau: Hiện tại, phần mềm điều khiển – giám sát trạm trộn nước sử dụng phương pháp thứ nhất, tức viết phần mềm quyền hãng SIEMENS, chủ yếu phần mềm WINCC Do vậy, việc xây dựng phương thức truyền thông với PLC ngôn ngữ lập trình thơng dụng, phục vụ cho việc phát triển phần mềm giám sát quản lý hệ thống trạm trộn bêtơng mục tiêu đặt nghiên cứu khẳng định vấn đề có ý nghĩa khoa học thực tiễn a Cấu trúc gói tin tham số hoạt động cho PLC (Frame1) Frame1 chứa thông tin phối liệu mác bêtông Khi bắt đầu mẻ trộn, PC tính tốn phối liệu dựa mác bêtơng u cầu tồn thơng tin phối liệu bêtơng, số lần trộn đóng gói vào Frame1 để gửi xuống PLC Frame1 thiết kế có kích thước 20 byte, Byte đầu có giá trị 65535, từ có ý nghĩa định (Bảng 1) KỸ THUẬT LẬP TRÌNH TRUY XUẤT BỘ NHỚ PLC S7-200 Bảng Cấu trúc Frame1 - liệu phối liệu truyền từ PC đến PLC Trường Start Số khối Nước Xi măng Phụ gia TP1 TP2 TP3 TP4 Mã mẻ Kích thước 2B 2B 2B 2B 2B 2B 2B 2B 2B 2B Giá trị 65535 x x x x x x x x X VW0 VW2 VW4 VW6 VW8 VW14 VW16 Địa VW10 VW12 Bảng Cấu trúc Frame2 - thông tin điều khiển truyển từ PC đến PLC Trường Start Dự trữ Kích thước byte Bit Bit Bit Bit Bit Bit Bit Bit Giá trị 65534 x x x x x 1 Địa b Cấu trúc gói tin điều khiển trạng thái hoạt động PLC (Frame2) Frame2 chứa thông tin điều khiển từ PC cho PLC Frame2 thiết kế có kích thước 30 byte, Byte đầu có giá trị 65534, bit byte thứ có ý nghĩa định (Bảng 2) Khi người dùng điều khiển hệ thống (chạy/dừng) thơng qua phần mềm, Frame cập nhập truyền xuống PLC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Run VB26 c Cấu trúc gói tin phục vụ cho mục đích giám sát PC (Frame3) Để thực việc giám sát hệ thống, cần có nhóm thơng tin cần giám sát: Một là: Dữ liệu cân, thơng tin giá trị cân thời hệ thống, mục đích phần mềm kiểm sốt q trình cân liệu mẻ trộn Hai là: Dữ liệu logic, bao gồm đầu vào/ra logic hệ thống (bật/tắt động cơ, cơng tắc hành trình, trạng thái hoạt động động cơ, …) http://www.lrc-tnu.edu.vn Ngô Như Khoa cs Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 58(10): 35 - 40 Cả loại thơng tin đóng gói vào từ có ý nghĩa Frame3 truyền từ PLC đến PC định liên quan đến thông số trộn, byte cuối thường xuyên theo thời gian thực Frame3 phục vụ thông tin trạng thái hệ thống (Bảng 3) thiết kế có kích thước 23 byte, từ Bảng Cấu trúc Frame3 - liệu giám sát gửi từ PLC đến PC Trường Kích thước Xi Phụ Mã Số mẻ Dự Thông tin Nước TP1 TP2 TP3 TP4 mẻ lại trữ đầu măng gia Thơng tin đầu vào 2B 2B 2B 2B 2B 2B 2B 2B 2B 1B 1B 1B 1B 1B x x x x x x x x x x x x X Giá trị Địa S QB1 QB0 IB1 IB0 Visual Basic với PLC CPU 226 Đây giao thức cho phép người sử dụng tự cấu hình giao thức truyền (ví dụ tốc độ truyền thơng, định dạng Frame liệu cần truyền, định dạng byte truyền, …) 2.2 Cấu hình lập trình truyền thơng PLC PC Cổng truyền thông PLC-S7 200 theo chuẩn RS-485 cho phép nhiều thiết bị kết nối tạo thành mạng truyền thơng PLC kết nối tới máy tính giao tiếp Tuy nhiên PC cổng truyền thông sử dụng chuẩn RS-232, để kết nối với PLC (RS-485) cần có cable chuyển đổi PC/PPI calbe a Khởi tạo cho PLC mode freeport để giao tiếp với PC [1] Thiết lập chế độ làm việc cho cổng giao tiếp: Có thể sử dụng cổng Port Port CPU226 phục vụ cho truyền thông PLC Mỗi cổng RS-485 CPU 200 thông PC Thiết lập chế độ làm cho cổng thường hỗ trợ giao thức truyền thơng [1]: (i) qua byte cấu hình SMB30 SMB130 Multiple-master PPI protocol; (ii) Singlemaster PPI protocol (iii) Freeport tương ứng với cổng Mỗi bit Byte cấu hình cài đặt chức hoạt Trong nghiên cứu này, sử dụng động cho cổng Chi tiết bít cho giao thức Freeport để thực truyền thông bảng module giao diện xây dựng Bảng Thanh ghi điều khiển chế độ freeport Symbol Name SM address Port P0_Config Port SMB30 P1_Config SMB130 SMB30.6SMB30.7 SMB30.5 SMB30.4- SMB130.6SMB130.7 SMB130.5 SMB130.4- Bit format Bit format pp: MSB LSB p p d 0 No parity Even parity No parity 1 Odd parity d: bbb: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên b b b m m data bits per character data bits per character 0 38,400 bps http://www.lrc-tnu.edu.vn Ngô Như Khoa cs Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ SMB30.2 P0_Config_0 SMB130.2 58(10): 35 - 40 0 19,200 bps 9,600 bps 1 4,800 bps 0 2,400 bps 1 1,200 bps 1 115,200 bps 1 57,600 bps mm: SMB30.0 SMB30.1 P1_Config_0 SMB130.0 SMB130.1 0 PPI/slave mode Freeport mode PPI/master mode 1 Reserved Thanh ghi xác nhận trạng thái truyền thông: Điều khiển truyền nhận liệu giám sát trạng thái truyền thông Byte trạng thái SMB86/SMB186 tương ứng với cổng Bảng nhiên khơng thể dụng lệnh này, enable RCV lệnh chiếm dụng đường truyền nhận đủ xâu truyền Do không chủ động thời điểm truyền liệu từ PC xuống PLC Trong a Lập trình truyền thơng PLC nghiên cứu này, đề xuất sử dụng PLC cần thường xuyên truyền gói tin Byte đặc biệt PLC, cổng Frame3 có cấu trúc mô tả truyền thông nhận ký tự phần trên, lên PC theo yêu cầu giám sát chuyển vào byte sinh ngắt Ta trình trạm trộn sử dụng ngắt ngắt để nhận liệu từ - Cách thức truyền: Sử dụng lệnh XMT PC gửi xuống mà không chiếm dụng đường truyền Vị trí byte là: SMB2 cho port_0 - Cách thức nhận: Mã lệnh nhận liệu từ SMB3 cho port_1 ; số hiệu ngắt : cổng truyền thông có liệu RCV Tuy Bảng Thanh ghi trạng thái Ký hiệu Địa vật lý Port P0_stat_Rcv SMB86 P1_stat_Rcv P0_stat_Rcv_ Byte trạng thái trình nhận liệu n r SMB186 e 0 t c P SMB86.7 P1_stat_Rcv_ P0_stat_Rcv_ Port bit format SMB186.7 SMB86.6 n: r: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Cho phép nhận liệu, kết thúc nhận lệnh Disable Dừng q trình nhận liệu; Có lỗi byte truyền thiếu http://www.lrc-tnu.edu.vn Ngô Như Khoa cs SMB186.6 SMB86.5 P1_stat_Rcv_ P0_stat_Rcv_ P1_stat_Rcv_ e: SMB186.2 t: SMB186.1 c: Báo nhận ký tự kết thúc Kết thúc nhận liệu Timeout SMB86.1 P1_stat_Rcv_ P0_stat_Rcv_ SMB186.5 SMB86.2 P1_stat_Rcv_ P0_stat_Rcv_ 58(10): 35 - 40 Start/End P1_stat_Rcv_ P0_stat_Rcv_ Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ Kết thúc nhận nhận đủ SMB86.0 SMB186.0 P: THUẬT TOÁN TRUYỀN THƠNG GIỮA PLC VÀ PC Thuật tốn nhận liệu cho PLC từ PC mơ tả Hình KẾT LUẬN Với mục đích xây dựng phương thức truyền thông PC PLC ngôn ngữ lập trình thơng dụng áp dụng cho vấn đề lập trình điều khiển, giám sát trạm trộn bêtơng, chúng tơi trình bày cách thiết lập cấu hình, đề xuất phương thức lập trình truyền thơng PC PLC họ S7-200, đồng thời xây dựng cấu trúc gói liệu thuật tốn truyền thơng tương ứng Từ kết này, nhóm nghiên cứu hoàn thành việc xây dựng phần mềm điều khiển – giám sát trạm trộn bêtông ngôn ngữ Visual Basic, phương thức truyền thông phần mềm phát triển nghiên cứu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Kết thúc nhận có lỗi Parity khắc phục hạn chế mặt quyền đề cập phần đầu báo cáo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] SIEMENS S7-200 Programmable Controller, 1998 [2] Hoàng Việt Hồng Ứng dụng điện tử nghiên cứu, chế tạo trạm trộn bêtông tự động bơm bêtông Viện Máy Dụng cụ công nghiệp IMI http://cdtvn.net/index.php?option=com_conte nt&view=article&id=1489:mechatronicsapply&catid=64:magazine&Itemid=287 [3] http://www.techmartvietnam.vn/news/inter nally/200603272714844594/ tmnews_view [4] http://www.dost.hanoi.gov.vn/PrintPrevie w.aspx?ID=1454 [5] http:// www.hoangthinh.com.vn [6] http://www.techmartvietnam.vn/Members/ VNCDTTHTDH/200503231481876848.http:// plccenter.com/buy/SIEMENS http://www.lrc-tnu.edu.vn Ngơ Như Khoa cs Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58(10): 35 - 40 http://www.lrc-tnu.edu.vn Ngơ Như Khoa cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 58(10): 35 - 40 SUMMARY BUILDING MODE OF DIRECT COMMUNICATION BETWEEN PC AND PLC TO APPLY IN CONTROLLER AND MONITOR SYSTEM OF CONCRETE BATCH PLAN Ngo Nhu Khoa1*, Nguyen Van Huy2 Thai Nguyen University, University of Technology, Thai Nguyen University Based on the study in modes of communication are supported by SIEMENS’s Programmable Logic Controller (PLC), we focused to develop a mode of direct communication between PC and PLC to apply in controller and monitor systems of concrete batch mixer by using well-known programming language In this paper, PLC’s memory direct access technology, construct of data packets and communication algorithms are major contents was present In addition, the truth of the communication algorithm are tested by control -monitor software on real system, which was developed based on this algorithm Keywords: Communication with PLC, PLC control-monitor, PLC S7-200, Concrete plan control * Ngô Như Khoa, Tel: +84 963887888 ,Email: khoa.ngonhu@gmail.com Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... tả Hình KẾT LUẬN Với mục đích xây dựng phương thức truyền thông PC PLC ngôn ngữ lập trình thơng dụng áp dụng cho vấn đề lập trình điều khiển, giám sát trạm trộn bêtơng, chúng tơi trình bày cách... CÔNG NGHỆ 58(10): 35 - 40 2.1 Xây dựng cấu trúc gói liệu điều khiển thơng tin giám sát: giao thức truyền thơng, kiểm sốt lỗi truyền thơng Phải trực tiếp kiểm sốt lệnh truyền thơng từ PLC lên PC ngược... bao gồm: (i) PC phải gửi thông tin phối liệu b tông mẻ trộn cho PLC; (ii) PC gửi số thông tin điều khiển hệ thống cho PLC; (iii) PLC gửi thơng tin cập nhật trạng thái tồn hệ thống cho PC phục vụ