Hướng Dẫn Kết Nối Profinet và Modbus Giữa PLC S7-1200 và Biến Tần

Chuyên khảo phân tích Tiểu luận kết nối profinet 2 plc s7 1200 kết nối modbus plc s7 1200 với biến tần, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Nhóm 3
• Người hướng dẫn: TS. Võ Thanh Hà
• Trường học: Trường Đại Học
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Tự Động Hóa
• Đề tài: Kết Nối Profinet Và Modbus Giữa PLC S7-1200 Và Biến Tần
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Kết nối PLC S7 1200 với biến tần

Phần này tập trung vào Kết nối PLC S7-1200 với biến tần, bao gồm hai phương pháp chính: sử dụng Profinet và Modbus. Tài liệu trình bày chi tiết quá trình thiết lập kết nối, cấu hình, lập trình và mô phỏng. PLC Siemens S7-1200 được chọn làm thiết bị điều khiển trung tâm. Việc lựa chọn phương pháp phụ thuộc vào khả năng tương thích của biến tần và yêu cầu về tốc độ truyền thông, độ tin cậy và chi phí. Tài liệu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc lựa chọn biến tần tương thích với PLC S7-1200. Các bước cấu hình chi tiết được nêu rõ, bao gồm cả việc thiết lập tham số kết nối và thông số truyền thông. Kiểm soát tốc độ động cơ được thực hiện qua cả hai giao thức. Tài liệu cung cấp hướng dẫn kết nối PLC S7-1200 và biến tần, từ việc tạo project mới trên TIA Portal cho đến việc nạp chương trình và mô phỏng kết quả. Giải pháp kết nối PLC S7-1200 và biến tần được trình bày một cách hệ thống và dễ hiểu.

1.1 Cấu hình Profinet cho PLC S7 1200

Phần này hướng dẫn cấu hình Profinet cho PLC S7-1200. Nó bao gồm các bước tạo project mới trong TIA Portal, thêm PLC S7-1200 vào project, thiết lập kết nối Profinet, cũng như cấu hình module truyền thông. Tài liệu đề cập đến việc sử dụng lệnh PUT-GET để truyền dữ liệu giữa hai PLC S7-1200 thông qua Profinet. Giao tiếp Profinet được khai thác triệt để để đảm bảo sự ổn định và hiệu quả trong quá trình điều khiển. Ưu điểm của Profinet, như hiệu năng cao, an toàn và khả năng tích hợp, được đề cập đến. Ứng dụng Profinet trong tự động hóa cũng được nhấn mạnh. Các ví dụ cụ thể về việc sử dụng các lệnh và tham số trong TIA Portal được cung cấp. Việc sử dụng xung clock trong PLC cũng được hướng dẫn, đảm bảo đồng bộ giữa các thiết bị. Các bước được minh họa bằng hình ảnh và sơ đồ giúp người đọc dễ dàng thực hiện. Tổng quan về Profinet cũng được tóm tắt để người đọc hiểu rõ hơn về giao thức này. Điều khiển biến tần qua Profinet là trọng tâm của phần này.

1.2 Cấu hình Modbus cho biến tần

Phần này tập trung vào cấu hình Modbus cho biến tần và kết nối Modbus với PLC S7-1200. Tổng quan về Modbus, đặc biệt là Modbus RTU, được trình bày. Tài liệu giải thích cách thức hoạt động của giao thức Modbus, mô hình chủ-tớ và cách thức truyền dữ liệu. Ứng dụng Modbus trong tự động hóa được nhấn mạnh, đặc biệt là vai trò của nó trong việc kết nối các thiết bị hiện trường. Quá trình lập trình trong TIA Portal để thiết lập kết nối Modbus được hướng dẫn chi tiết. Khởi tạo hàm truyền thông Modbus và cài đặt chu kỳ quét là những bước quan trọng được giải thích rõ ràng. Tài liệu chú trọng đến việc khởi tạo truyền thông Modbus và cấu hình các tham số cần thiết để đảm bảo việc truyền nhận dữ liệu diễn ra chính xác. So sánh Profinet và Modbus là cần thiết để người đọc có cái nhìn tổng quan về hai giao thức này và lựa chọn phù hợp cho ứng dụng của mình. Điều khiển biến tần qua Modbus được trình bày cụ thể và rõ ràng. Lập trình và mô phỏng kết nối được hướng dẫn, giúp người đọc có thể thực hành và kiểm tra kết quả. Ưu điểm và nhược điểm của Modbus cần được làm rõ để người dùng có sự lựa chọn tốt nhất.

II. Lập trình PLC S7 1200 điều khiển biến tần

Phần này tập trung vào lập trình PLC S7-1200 để điều khiển biến tần thông qua cả Profinet và Modbus. Lập trình PLC S7-1200 điều khiển biến tần được trình bày chi tiết. Tài liệu hướng dẫn cách sử dụng các khối chức năng (function blocks) cần thiết để giao tiếp với biến tần. Điều khiển mô-men xoắn biến tần bằng PLC S7-1200 là một ví dụ cụ thể được trình bày. Chuyển đổi dữ liệu giữa Profinet và Modbus được giải thích, nếu cần thiết. Việc sử dụng Gateway Profinet Modbus cũng có thể được đề cập đến nếu cần thiết. Kiểm soát tốc độ động cơ được xem xét kỹ lưỡng, bao gồm cả việc lập trình các thuật toán điều khiển. Tích hợp Profinet và Modbus trong một hệ thống điều khiển là một điểm quan trọng được xem xét. Giao diện HMI được sử dụng để giám sát và điều khiển quá trình. Các bước thiết lập và cấu hình giao diện HMI được nêu rõ. Tài liệu cung cấp ví dụ kết nối PLC S7-1200 và biến tần, minh họa cách thực hiện trong thực tế. Thư viện kết nối Profinet và Modbus được đề cập nếu có sẵn.

2.1 Lập trình điều khiển biến tần qua Profinet

Phần này tập trung vào lập trình điều khiển biến tần qua Profinet. Lập trình PLC S7-1200 để điều khiển biến tần qua Profinet được hướng dẫn từng bước. Việc sử dụng các khối chức năng (function blocks) đặc thù cho giao thức Profinet được giải thích. Điều khiển tốc độ động cơ thông qua Profinet được trình bày chi tiết. Đọc và ghi dữ liệu từ biến tần thông qua Profinet được mô tả. Quá trình khắc phục sự cố kết nối Profinet cũng được đề cập. Tầm quan trọng của việc chọn biến tần tương thích với giao thức Profinet được nhấn mạnh. Các ví dụ cụ thể về lập trình các chức năng điều khiển (như khởi động, dừng, điều chỉnh tốc độ) được cung cấp. Mô phỏng kết nối và điều khiển được hướng dẫn để người đọc có thể kiểm tra kết quả. Giải pháp kết nối PLC S7-1200 và biến tần qua Profinet được trình bày một cách hệ thống. Khả năng xử lý sự cố hiệu quả của Profinet cũng được nhắc đến.

2.2 Lập trình điều khiển biến tần qua Modbus

Phần này hướng dẫn lập trình điều khiển biến tần qua Modbus. Lập trình PLC S7-1200 để giao tiếp với biến tần thông qua Modbus được trình bày chi tiết. Việc sử dụng các chức năng Modbus đọc và ghi dữ liệu được giải thích. Điều khiển tốc độ động cơ thông qua Modbus được hướng dẫn cụ thể. Khắc phục sự cố kết nối Modbus được đề cập. Lựa chọn biến tần tương thích với Modbus được nhấn mạnh. Các ví dụ minh họa về việc lập trình các chức năng điều khiển cơ bản, như khởi động, dừng, và điều chỉnh tốc độ, được cung cấp. Mô phỏng kết nối và điều khiển được hướng dẫn để kiểm tra kết quả. Giải pháp kết nối PLC S7-1200 và biến tần qua Modbus được trình bày một cách hệ thống. Hiệu quả của Modbus trong điều khiển biến tần được nhấn mạnh. Tốc độ truyền thông và khoảng cách truyền thông của Modbus được xem xét trong ngữ cảnh của hệ thống điều khiển.

Trích đoạn nội dung tài liệu

NHÓM 3 - Kết nối PROFINET 2 PLC S7-1200 - Kết nối MODBUS PLC S7-1200 với biến tần GVHD : TS. Võ Thanh Hà c Thành viên nhóm Đinh Văn Hào Nguyễn Quang Đạt Nguyễn Huy Hoàng Nguyễn Gia Nam Đỗ Ngọc Thái Hồ Huy Hoàng c Kết nối PROFINET 2 PLC S7-1200 bằng lệnh PUT-GET c Tổng quan về PLC S7-1200 PLC S7 – 1200 là một dòng PLC mới của hãng SIEMENS, với tính năng nổi bật là đơn giản nhưng có độ chính xác cao. PLC S7-1200 ra đời năm 2009 nhằm thay thế S7-200. Nó được giới tự động hóa đánh giá cao và yêu thích bởi vì S7-1200 đã khắc phục những nhược điểm của S7-200 một cách hoàn hảo.

Dòng PLC Siemens S7 1200 là thiết bị tự động hóa đơn giản nhưng có độ chính xác cao và tốc độ xử lý nhanh. Nó được thiết kế dạng module nhỏ gọn, linh hoạt, phù hợp cho một loạt các ứng dụng. PLC S7 1200 của hãng Siemens có một giao diện truyền thông mạnh mẽ đáp ứng tiêu chuẩn cao nhất của truyền thông công nghiệp và đầy đủ các tính năng công nghệ mạnh mẽ tích hợp sẵn làm cho nó trở thành một giải pháp tự động hóa hoàn chỉnh và toàn diện. PLC S7-1200 của Siemens được thiết kế thêm nhiều tính năng tuyệt vời, từ đó đã khắc phục các nhược điểm của S7-200 trước PROFINET c Tổng quan về PROFINET PROFINET là một chuẩn mở của hệ thống tự động hóa (HTTĐH) dựa trên nền tảng Ethernet công nghiệp.

PROFINET cung cấp những chức năng như tự động phân phối, tích hợp các thiết bị có sẵn, các hoạt động điều hành, các ứng dụng thời gian thực (như điều khiển chuyển động). Thêm vào việc sử dụng CNTT, việc bảo vệ sự đầu tư cũng đóng vai trò quan trọng đối với PROFINET. PROFINET cho phép tích hợp các hệ thống có sẵn như PROFIBUS mà không cần thay đổi các thiết bị khác trong hệ thống. Điều này đảm bảo việc đầu tư vào các thiết bị không trở nên lãng phí do việc không tương thích với nhau.

PROFINET có thể đáp ứng được tất cả những yêu cầu về mặt CNTT của HTTĐH. Toàn bộ những kinh nghiệm của Profibus trong nhiều năm về việc chuẩn hóa đã được chuyển giao cho Profinet. Việc sử dụng chuẩn mở, những khả năng xử lý đơn giản, và khả năng tích hợp nhiều hệ thống có sẵn đã được định nghĩa ngay từ đầu trong Profinet. Profinet hiện được tích hợp trong IEC 61158.

c Tổng quan về PROFINET Ưu điểm của PROFINET - Hiệu năng: Tự động hóa trong thời gian thực. - An toàn: truyền thông đảm bảo an toàn. - Phân tích: Vận hành nhanh chóng và khả năng xử lý sự cố hiệu quả. - Đầu tư hiệu quả: Tích hợp liền mạch các hệ thống fieldbus c Tạo project mới: Mở giao diện TIA Portal > chọn Create new project > Sửa tên Project > create.

c Chọn PLC từ thư viện: Chọn Devices & networks > Add new device > CPU 1214C DC/DC/DC > Add. c Giao diện lập trình hiện lên, click chuột phải vào PLC để đổi tên PLC thành MASTER c Click chuột phải vào PLC, chọn Properties, ở phần General Chọn connection mechanisms > tích vào mục 2 ( cho phép truy cập giao tiếp PUT/GET ) c Tiếp tục ở phần Properties, Chọn System and clock memory > Tích vào enable the use of clock memory byte ( cho phép sử dụng xung clock trong PLC ) c Chọn Add new device để thêm PLC thứ 2, đặt tên là SLAVE. Phần cài đặt giống như PLC thứ nhất c Chọn Add new device > chọn loại HMI > OK >Finish. c Chọn Devices & networks > kéo 1 và 2 về 3 > chọn connections > kéo 1 và 2 về 3 lần nữa.

Bước này để kết nối PLC và HMI c Tại PLC MASTER > Chọn Program blocks > Chọn Main [OB1] để hiện ra giao diện lập trình Tại đây click vào Communication > Chọn S7 communication > Kéo lệnh PUT vào c Khối lệnh PUT hiện lên > click vào Start Configuration để cấu hình các chân của khối lệnh và chọn tham số kết nối c Chọn connections parameter > chọn CPU SLAVE để kết nối. c Chọn Block parameter > cài đặt thông số như hình (1- chọn xung, vùng nhớ 1 sẽ PUT dữ liệu sang vùng nhớ 2). c Cài đặt các chân còn lại c Kéo lệnh move vào thanh ghi để đưa dữ liệu vào Master. c Chọn define tag > cài đặt theo hình.

c Tiếp tục với gửi đi làm như trên > chọn save c Tại Network 2 > Kéo lệnh GET từ S7 Comunication vào thanh ghi > Click vào Start Configuration để cấu hình cho các chân của khối lệnh c Tại Connection Parameter > Click chọn PLC Partner là SLAVE c Tại Block Parameter > Cài đặt các chân của khối lệnh c c Kéo lệnh MOVE vào thanh ghi Network 2 để đọc dữ liệu ra HMI c Chuyển sang PLC SLAVE > Chọn Main [OB1] > Kéo thả lệnh MOVE vào thanh ghi của Network 1 để nhập dữ liệu từ HMI vào và trả về cho MASTER c Cài đặt các thông số cho lệnh MOVE c Chọn vào PLC tags > Click vào Show all tags thiết lập vùng nhớ để out dữ liệu ra HMI c Chọn vào HMI > Tại mục Screens > Click chọn Root screen để bắt đầu thiết lập giao diện HMI c Sử dụng các lệnh để thiết kế giao diện HMI như sau c Kéo thả 1 vào 2 ( khi nhập dữ liệu vào plc Slave thì lệnh GET sẽ gửi dữ liệu về PLC Master) c Thiết lập khung viền và căn giữa c Sang CPU Master, kéo 3 vào 4 ( khi nhập dữ liệu từ PLC Master lệnh PUT sẽ chuyển dữ liệu sang PLC Slave), kích chuột vào 5 và kéo 6 vào 4 ( lấy Format đã thiết lập từ trước) c Chọn Properties > general > click vào 3 chấm. c Chọn vào PLC Slave > Default tag table > OUT HMI để khi nhập dữ liệu từ PLC Master lệnh PUT sẽ đẩy dữ liệu vào đây c Làm các bước theo thứ tự ( nhập dữ liệu từ plc Slave lệnh GET sẽ gửi dữ liệu PLC Master). c Nạp dữ liệu và bắt đầu mô phỏng c Giao diện HMI hiện ra c Kết quả mô phỏng c II. Bài 2 lập trình kết nối Đề bài: Hãy lập trình kết nối MODBUS PLC S7-1200 với biến tần - Giới thiệu tổng quát PLC S7-1200 - Giới thiệu tổng quát về MODBUS - Chương trình lập trình - Giao diện HMI - Kết quả c Tổng quan về MODBUS MODBUS là một phương tiện truyền thông với nhiều thiết bị thông qua một cặp dây xoắn đơn.

Ban đầu, nó hoạt động trên RS232, nhưng sau đó nó sử dụng cho cả RS485 để đạt tốc độ cao hơn, khoảng cách dài hơn, và mạng đa điểm (multi-drop). MODBUS là một hệ thống “chủ - tớ”, “chủ” được kết nối với một hay nhiều “tớ”. “Chủ” thường là một PLC, PC, DCS, hay RTU. “Tớ” MODBUS RTU thường là các thiết bị hiện trường, tất cả được kết nối với mạng trong cấu hình multi-drop.

Khi một chủ MODBUS RTU muốn có thông tin từ thiết bị, chủ sẽ gửi một thông điệp về dữ liệu cần, tóm tắt dò lỗi tới địa chỉ thiết bị. Mọi thiết bị khác trên mạng sẽ nhận thông điệp này nhưng chỉ có thiết bị nào được chỉ định mới có phản ứng. Các thiết bị trên mạng MODBUS không thể tạo ra kết nối; chúng chỉ có thể phản ứng. Nói cách khác, chúng “lên tiếng” chỉ khi được “nói tới”.

Một số nhà sản xuất đang phát triển các thiết bị lai ghép hoạt động như các tớ MODBUS, tuy nhiên chúng cũng có “khả năng viết”, do đó làm cho chúng trở thành các thiết bị chủ ảo. c Tổng quan về MODBUS Hiện nay, MODBUS được biết đến và sử dụng phổ biến trong công nghiệp gồm 3 chuẩn: MODBUS RTU, MODBUS TCP và MODBUS ASCII. Modbus là một giao thức mở, điều này có nghĩa là các nhà sản xuất hoàn toàn có thể tích hợp chuẩn Modbus vào thiết bị của họ miễn phí mà không phải trả tiền bản quyền. Nó đã trở thành một tiêu chuẩn giao thức truyền thông trong công nghiệp và đang là phương tiện phổ biến nhất hiện có để kết nối các thiết bị điện tử công nghiệp.

Nó được sử dụng rộng rãi bởi nhiều nhà sản xuất trong nhiều ngành công nghiệp. Modbus thường được sử dụng để truyền tín hiệu từ thiết bị đo đạc và điều khiển trở lại bộ điều khiển chính hoặc hệ thống thu thập dữ liệu, ví dụ như hệ thống đo nhiệt độ và độ ẩm và truyền kết quả tới máy tính. Modbus thường được sử dụng để kết nối máy tính giám sát với thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) trong hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA). Các phiên bản của giao thức Modbus phổ biến cho các đường nối tiếp (Modbus RTU và Modbus ASCII) và cho Ethernet (Modbus c TCP).

*Lập trình và mô phỏng. - Mở giao diện TIA Portal > chọn Create new project > Sửa tên Project > create. c Chọn Devices & networks > Add new device > CPU 1212C DC/DC/DC > Add. c Cấu hình module truyền thông.

c Khởi tạo hàm truyền thông. c Cài đặt chu kỳ quét. c Khởi tạo truyền thông Modbus.