Đặt vấn đề Hiện nay, sự nghiệp công nghiệp hóa hiện ại hóa ng y c ng phát triển mạnh mẽ, sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, trong ó kỹ thuật iều khiển tự ộng cũng góp phần rất lớn tạo iều kiện ể nâng cao hiệu quả trong quá trình sản xuất. Vì thế tự ộng hóa quá trình công nghệ ã thực sự phát triển v ứng dụng mạnh mẽ trong công nghiệp, cũng l sự lựa chọn tối ƣu trong mọi lĩnh vực nhằm tạo ra sản phẩm chất lƣợng cao, tiết kiệm chi phí sản xuất tạo khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trƣờng. Trong các ng nh công nghiệp việc tiết kiệm chi phí mở rộng sản xuất qua việc sử dụng các thiết bị v thay thế cũng l một vấn ề quan trọng…vấn ề cần quan tâm ở ây l sử dụng thiết bị thay thế m vẫn áp ứng tốt ể phục vụ quá trình sản xuất ạt hiệu quả tốt, ảm bảo quá trình sản xuất không bị gián oạn, áp ứng ƣợc yêu cầu v giảm chi phí. Ngƣời vận h nh không cần phải lo lắng về việc thiết bị ƣợc thay thế hoàn toàn và ƣợc khắc phục cho dù thiết bị ầu ra thay ổi th nh thiết bị khác.
Chúng ta ã biết Hàn Quốc l nƣớc tiên tiến trong tự ộng hóa hiện nay , họ sở hữu những hệ thống lý tƣởng cho mọi công việc tự ộng, áp ứng kĩ thuật cao và công nghệ. Hệ thống của họ bao gồm tất cả các yêu cầu công nghiệp và thiết lập các tiêu chuẩn khắc khe trong lĩnh vực tự ộng. Xuất xứ từ Hàn Quốc, thiết bị mới của hãng Crevis ã chứng minh ƣợc sự hiệu quả của nó trong thực tế của ngành tự ộng hiện nay, ngày càng khẳng ịnh vị thế của mình trong nƣớc và quốc tế .Tuy còn khá mới mẻ nhƣng sản phẩm ƣợc sử dụng trong nhà máy của Steinsvik, Coca, Nestley các bạn sẽ có mức ộ tối a hiệu quả,linh hoạt và kinh tế. Chính vì vậy, chúng em chọn ề t i “Điều khiển và giám sát thiết bị dựa trên module phân tán của hãng Crevis”.
Với yêu cầu ứng dụng thiết bị thực tế trên, ối tƣợng ề t i thực hiện chính ở ây l mô hình băng tải ơn,. Việc iều khiển hệ thống n y ể cần phải có những bộ iều khiển hiện ại, chính xác v áng tin cậy. PLC là một sự lựa chọn tốt nhất cho các ứng dụng trong công nghiệp với ộ chính xác, ổn ịnh v ộ tin cậy cao. Với sự phát triển của kỹ thuật iều khiển tự ộng hiện nay thì có nhiều PLC ể lựa chọn , nhƣng ở ây chúng em sử dụng PLC S7-300 ể iều khiển, sử dụng phần mềm TIA Portal giao tiếp hiển thị.2 Mục tiêu đề tài Sau khi xác ịnh ƣợc ối tƣợng, chủ thể v giới hạn phạm vi nghiên cứu, việc xác ịnh mục tiêu sẽ l bƣớc quan trọng kế tiếp nhằm ịnh hƣớng úng ắn cho quy trình thực hiện ề t i.
Mục tiêu ề t i cụ thể ƣợc thể hiện nhƣ sau: Lựa chọn thiết bị cho mô hình. 1 do an Giải thuật cho PLC theo yêu cầu của ề t i, iều khiển bang tải thông qua biến tần ã c i ặt thông số trƣớc. Sử dụng phần mềm TIA Portal ể iều khiển giám sát hệ thống iều khiển hoạt ộng của hệ thống.3 Nội dụng đề tài Kết nối module profibus với hệ thống plc qua module truyền thông v iều khiển giám sát mô hình trên m n hình HMI Hệ thống ƣợc cho phép hoạt ộng bằng nút nhấn START trên màn hình HMI hay nhấn nút START trên bảng iều khiển. Động cơ bắt ầu hoạt ộng ƣa vật i qua băng tải qua 2 cảm biến ể phát hiện vật ếm sản phẩm kim loại v phi kim.
Hệ thống cứ hoạt ộng liên tục nhƣ vậy khi ta ấn nút STOP thì hệ thống sẽ dừng lại.4 Giới hạn của đề tài Hệ thống ƣợc thực hiện bằng mô hình ơn giản. Đề tài chỉ tập trung vào việc iều khiển và giám sát. Khá nhiều hạn chế trong việc sử dụng module.5 Phƣơng pháp, đối tƣợng nghiên cứu 1.1 Phƣơng pháp nghiên cứu Để thực hiện ề tài nhóm ã tham các t i liệu trong sách, trên internet và dựa trên hệ thống, yêu cầu thực tế ể tìm hiểu việc kết nối module ể áp ứng ƣợc những yêu cầu ó. Các bƣớc nhóm thực hiện: Đề ra mục tiêu v hƣớng i cụ thể.
Thiết kế hệ thống áp ứng ƣợc các yêu cầu ã ề ra. Nghiên cứu các tài liệu liên quan. Hoàn thành từng thành phần riêng lẻ. Tích hợp thành một hệ thống hoàn chỉnh.
Viết chƣơng trình iều khiển, giám sát.2 Đối tƣợng nghiên cứu PLC S7-300 Siemens. Biến tần EMERSON M101. Màn hình HMI SIEMENS KTP400 COMFORT với phần mềm TIA PORTAL V13. Các thiết bị cảm biến tiệm cận , cảm biến quang YAMATAKE HPB-D1.
2 do an CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu về mạng Profibus 2.1 Giới thiệu Giao thức Profibus ƣợc một nhóm các nhà cung cấp tự ộng hóa nhà máy thành lập năm 1989 tại Đức. Ban ầu, giao thức n y ƣợc phát triển cho sản xuất phân tán, sau ó nó dần mở rộng sang tự ộng hóa quá trình và các ứng dụng trên toàn danh nghiệp. Profibus là một tiêu chuẩn mạng trƣờng mở quốc tế theo chuẩn trƣờng Châu Âu EN 50170 và En50254. Profibus sử dụng phƣơng tiện truyền tin xoắn ôi v RS-485 chuẩn công nghiệp trong các ứng dụng sản xuất hoặc IEC 1158-2 trong iều khiển quá trình.
Profibus cũng có thể sử dụng Ethernet/TCP-IP. PROFIBUS DP được phát triển nhằm phục vụ cho việc trao đổi thông tin đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu nhanh, đáp ứng yêu cầu cao về thời gian trong trao đổi dữ liệu giữa các bộ PLC hoặc các máy tính công nghiệp với các ngoại vi phân tán ở cấp thực địa như: cảm biến, thiết bị đo, bộ truyền động, thiết bị chấp hành, các module mở rộng… Hình 2.1: Ứng dụng mạng Profibus trong công nghiệp 2.2 Phân loại Họ Profibus gồm 3 kiểu giao thức, mỗi kiểu sử dụng cho các tác vụ khác nhau, 3 kiểu giao thức ó l PROFISBUS FMS, DP, PA, trong ó hai giao thức DP và PA óng vai trò quang trọng ối với tự ộng hóa quá trình.3 Mạng Profibus DP Truyền dữ liệu nhỏ và nhanh, do: Truyền thông DP liêm tục và tuần hoàn. Hoạt ộng một master. Dữ liệu truyền ƣợc xác ịnh trong cấu hình (tối ƣu hóa trao ổi dữ liệu).
Trao ổi dữ liệu theo 2 khung: Master gửi dữ liệu ến các slave. Các slave thông báo và gửi dữ liệu về master. Duy nhất một master có thể xuất ngõ ra. Hệ thống fieldbus nhanh (có thể lên ến 12Mb).
Dữ liệu lên ến 244 byte vào/244 byte ra mỗi trạm. Gán cấu hình hệ thống bao gồm các trạm, ịa chỉ trạm, phân phát vùng nhớ cho I/O, các tham số bus sử dụng v các thông iệp chuẩn oán. Mỗi hệ thống Profibus DP bao gồm nhiều loại thiết bị c i ặt tùy theo tính năng hoạt ộng. Cơ b n có 3 loại sau ƣợc phân theo công việc: Trạm chủ DP cấp 1 (DP master class 1): Các thiết bị n y trao ổi dữ liệu với các trạm tớ theo một chu trình ƣợc ịnh trƣớc.
Trạm chủ DP cấp 1 thƣờng là các bộ iều khiển trung tâm: PC, PLC, hoặc các module của bộ iều khiển trung tâm. Trạm chủ DP cấp 2 (DP master class 2): Là các máy lập trình, công cụ ặt cấu hình vận hành, chuẩn oán hệ thống bus. Các thiết bị n y ƣợc dùng khi khởi ộng hệ thống ể ặt cấu hình cho hệ thống DP. Ngoài các dịch vụ cấp 1, các thiết bị này còn cung cấp các h m ặt biệt phục vụ ặt cấu hình hệ thống, chuẩn oán trạng thái, truyền nạp chƣơng trình.
Trạm tớ (DP slave): Không cáo vai trò kiểm soát truy cập bus. Là các thiết bị vào/ra. Các thiết bị trƣờng (bộ truyền ộng, màn hình HMI, van, cảm biến).4 Truyền thông trong mạng Profibus DP sử dụng chuẩn RS-485 và cáp quang cho phần truyền dẫn tín hiệu. Trong ó chuẩn RS-485 thông dụng hơn vì nó có giá th nh thấp, dễ ấu nối, tốc ộ truyền cao.
RS-485 có cấu trúc dạng bus, sử dụng cáp ôi xoắn có vỏ bọc chống nhiễu 4 do an l m môi trƣờng truyền dẫn. Thông thƣờng ngƣời ta sử dụng cáp A với các thông số sau: Trở kháng: 135W ến 165W. Dung kháng: <30pF/m. Điện trở vòng: 110W/km.
Tiết diện dây: >0,34mm2.2: Cáp Profibus Tốc ộ truyền có thể chọn từ 9,6 Kbps ến 12Mbps. Khoảng cách truyền lớn nhất 1200. Tốc ộ truyền và khoảng cách truyền có liên hệ với nhau theo bảng sau ( với cáp kiểu A): Baud Rate 9.5 500 1500 12000 (Kbit/s) Range/Segment 1200m 1200m 1200m 1000m 400m 200m 100m Bảng 2.1: Thông số truyền của RS-485 2.2 Giới thiệu chung về mạng EtherNet/IP 2.1 Giới thiệu EtherNet/IP (EtherNet Industrial Protocol) là mạng ƣợc sử dụng trong công nghiệp, ƣợc phát triển bởi Rockwell Automation. Thiết kế ể sử dụng trong các ứng dụng tự ộng hóa công nghiệp.
5 do an Đƣợc chuẩn hóa và quản lý bởi hiệp hội OVDA quản lý các giao thức công nghiệp thông thƣờng.3: Mạng Ethernet IP EtherNet/IP là một giao thức lớp ứng dụng tƣơng tự là một “giao thức Internet tiêu chuẩn ể quản lý các thiết bị trên IP mạng” hoạt ông trên giao thức TCP/IP tƣơng thích với mạng ControlNet và DeviceNet. Xuất Xứ: Mạng Ethernet công nghiệp phát xuất từ mạng Ethernet, mạng ƣợc ề xuất bởi IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) năm 1985 gọi là chuẩn IEEE 802. Mạng Ethernet là sản phẩm kết hợp của ba công ty Xerox, DEC v Intel năm 1976. Mạng EtherNet/IP dùng giao thức tƣơng tự mạng Ethernet.
Ether: l môi trƣờng truyền sóng ánh sáng theo quan niêm xƣa. Net: mạng Hình 2.4: Bức phác họa Ethernet của Bob Metcalfe, ngƣời sáng lập ra EtherNet 6 do an 2.2 Kiến trúc giao thức EtherNet Mô hình OSI : Hình 2.5: Mô hình OSI EtherNet / IP cũng giống mạng Ethernet sử dụng công nghệ tiêu chuẩn IEEE 802.3 ở lớp vật lý và liên kết dữ liệu. Mạng Ethernet truyền dữ liệu theo từng frame Sử dụng phƣơng pháp truy cập bus CSMA/CD “Đa truy cập nhận biết sóng mang phát hiện sung ột” Hình 2.6: Mạng EtherNet theo chuẩn IEEE 802.3 7 do an Lớp liên kết dữ liệu ƣợc chia thành 2 lớp con là lớp LLC v MAC. nhƣ vậy phạm vi của Ethernet/IEEE 802.3 chỉ bao gồm lớp vật lý và MAC.3 ƣa ra 1 họ các hệ thống mạng trên cơ sở CSMA/CD với tốc ộ ƣờng truyền từ 1-10MBit/s.