CHƯƠNG 1. TÌM HIỂU CHUNG VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP .1 Vai trò của mạng truyền thông công nghiệp .2 Cấu trúc tổng quan của mạng truyền thông công nghiệp. TÌM HIỂU CÁC MẠNG TRUYỀN THÔNG CỦA SIEMENS .1 Truyền thông Modbus RTU .3 Các thiết bị hỗ trợ .2 Truyền thông Profibus .3 Các thiết bị hỗ trợ .3 Truyền thông Profinet .3 Các thiết bị hỗ trợ. PLC SIEMENS VÀ CÁC GIAO THỨ C TRUYỀN THÔNG .1 PLC S7-1200 và các giao thức truyền thông .1 Giới thiệu PLC S7-1214C.2 Truyền thông Modbus S7-1200 với một số thiết bị trường .3 Truyền thông Profinet với biến tần G120 Siemens .2 PLC S7-315 PN/DP và các truyền thông .1 Giới thiệu S7-315 PN/DP .2 Truyền thông Profinet PLC với PLC .3 Truyền thông Profibus PLC với PLC .4 Truyền thông Profibus PLC với Remote I/O.
THIẾT KẾ, GHÉP NỐI HỆ THỐNG MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP CHO HỆ PLC SIEMENS. Giới thiệu cấu trúc tổng quan .2 Thiết kế mạng cấp phân xưởng .3 Thiết kế mạng cấp trường .4 Thiết kế hệ giám sát với HMI KTP600 /WINCC .2 Hướng phát triển của đồ án trong tương lai. 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 84 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Nối dây truyền thông (a) và nối mạng công nghiệp (b) .2 Cấu trúc tổng quan của mạng truyền thông công nghiệp .1 Qui định trạng thái logic của tín hiệu RS-232 .2 Đầu nối DB-9 .3 Đầu nối DB-25 .4 Một số ví dụ ghép nối với RS-232 .5 Sơ đồ bộ kích thích (driver) và bộ thu (receiver) RS-485 .6 Qui định trạng thái logic của tín hiệu RS-485 .7 Cấu hình mạng RS-485 hai dây .8 Cấu hình mạng RS-485 sử dụng 4 dây .9 Cáp truyền thông RS485 .10 Giắc cắm DB9 .12 Đầu nối kiểu Siemens-Hibrid .13 Kiến trúc giao thức của PROFIBUS .14 Cấu hình Multi-Master trong PROFIBUS .15 Các dịch vụ truyền dữ liệu PROFIBUS .16 Một bộ nối PROFIBUS (SubD) .17 Cáp truyền thông Profibus .19 Cấu trúc khung MAC theo IEEE 802.20 Bộ chuyển mạch (switch) .1 Hình dáng bên ngoài S7-1214 và các module mở rộng.3 Hệ thống điều khiển biến tần SINAMICS V20 .4 Sơ đồ kết nối hệ thống biến tần SINAMICS V20 .5 Sơ đồ đấu dây của SINAMICS V20 .6 Màn hình điều khiển của SINAMICS V20 .7 Cấu trúc tổng quan menu parameter c ủa SINAMICS V20.8 Kết nối theo Macro Cn11 .9 Khối lệnh MB_COMM_LOAD .10 Khối lệnh MB_MASTER M B_MASTER .11 Biến tần Yaskawa V1000 .12 Màn hình điều khiển của Yaskawa V1000 .13 Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển của Yaskawa V V1000 1000 .14 Đồng hồ đo MT4W .15 Màn hình hiển thị của MT4W .16 Thông tin đặt hàng của MT4W .17 Sơ đồ đấu nối ngõ vào đo củ a MT4W .18 Sơ đồ kết nối ngõ ra của MT4W .19 Biến tần SINAMICS G120 .20 Giao diện điều khiển của SINAMICS G120.21 Kết nối RS485 cho USS và MODBUS RTU c ủa SINAMICS G120 .22 Cài đặt Commissioning biến tần G120 G1 20 .23 CPU 315-2PN/DP .24 Kết nối truyền thông Profinet giữa 2 PLC .25 Thiết lập PLC Local và PLC Partner giữa 2 PLC .29 Địa chỉ và tốc độ truyền của S7-315 2PN/DP.
Chọn S7-315 2PN/DP làm DP Master .31 Kết nối 2 PLC S7315 2PN/DP và S7-414 3DP v ới nhau .32 Module IM 151HF .33 Hệ thống ET200S .34 Khởi tạo lớp mạng DP Master .35 Thiết lập vai trò DP Master.36 Truyền thông Profibus với Remote I/O .37 Cấu hình truyền thông DP Slave.1 Sơ đồ cấu trúc hệ plc Siemens .2 Hình ảnh thực tế cấu trúc mạng truyền thông PLC Siemens.3 Lệnh GET nhận dữ liệu của biến tần V20 và biến tần V1000 .4 Lệnh GET nhận dữ liệu của biến tần G120 .5 PLC S7-300 nhận dữ liệu biến tần V20 từ PLC S7-1200AC/DC/Rly .6 PLC S7-300 nhận dữ liệu biến tần V1000 từ PLC S7-1200AC/DC/Rly .7 PLC S7-300 nhận dữ liệu biến tần G120 từ PLC S7-1200DC/DC/DC.8 Cài đặt các giá trị start, stop biến tần G120 .9 Xử lí giá trị đặt tần số của biến tần G120 .10 Xử lí giá trị tần số thực của biến tần G120 .11 Hệ giám sát trên WinCC .12 Hệ giám sát trên HMI KTP600 thực tế.81 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Tóm tắt các thông số quan trọng của RS-232.2 Các thông số quan trọng của RS-485 .3 Khung thông báo Modbus chế độ RTU .4 Chiều dài tối đa của một đoạn mạng PROFIBUS (cáp STP lo ại A) .5 Mỗi đầu dây được kết thúc bằng một trở đầu cuối bị động .6 Một số bộ cung cấp nguồn chuẩn theo IEC 1158-2 .7 Chiều dài cáp dẫn theo IEC 1158-2 .8 Ngữ nghĩa khung bức điện FDL .9 Một số loại cáp truyền Profinet thông dụng .1 Thông số kỹ thuật CPU S7-1200 1214C .2 Thông số kỹ thuật biến tần SINAMICS V20 .3 Tên và chức các chân điều khiển của biến tần SINAMICS V20 .4 Chức năng của các phím bấm .5 Ý nghĩa các biểu tượng trạng thái trên màn hình điều khiển BOP .6 Ý nghĩa đèn led trên màn hình điều khiển BOP .7 Thông số động cơ (motor data) .8 Thông số trong Macro Cn11 .9 Các giá trị thanh ghi dùng cho SINAMICS V20 .10 Tham số của khối lệnh MB_Comm_Load .11 Tham số của khối lệnh MB_MASTER MB_MAS TER .12 Các phím và chức năng của màn hình điều khiển Yaskawa V1000 .13 Thông số kỹ thuật biến tần Yaskawa V1000 .14 Thông số các đầu vào của biến tần Yaskawa V1000 .15 Thông số các đầu ra của biến tần Yaskawa V1000 .16 Thông số các chân truyền thông của Yaskawa V1000 .17 Thông số kiểu điều khiển và thông số động cơ .18 Các thông số của truyền thông biến tần Yaskawa V1000 .19 Thông số kỹ thuật của đồng hồ đo MT4W.20 Truyền thông MODBUS của MT4W .21 Thông số kỹ thuật của biến tần SINAMICS G120.22 Giao diện điều khiển và đèn báo củ a CPU 315-2PN/DP .23 Thông số kỹ thuật của CPU 315-2PN/DP .24 Tham số của tập lệnh PUT .25 Tham số của tập lệnh GET .1 Các giá trị của thanh ghi biến tần G120 .2 Giá trị Modbus điều khiển biến tần Yaskawa V1000 .3 Thông số cấu hình để truyền thông biến tần Yaskawa V1000 .4 Giá trị Modbus điều khiển biến tần V1000 .5 Thông số Modbus cho đồng hồ đo MT4W .6 Thông số cài đặt S7-1200 AC/DC/Rly .7 Thông số kỹ thuật màn hình KTP600. TÌM HIỂU CHUNG VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP 1.1 Vai trò của mạng truyền thông công nghiệp Đầu th ế kỷ 20, các hệ thống điều khiển quá trình và hệ thống sản xu x uất được thiết k ế d ựa n ền t ảng công nghệ cơ khí và các thiết b ị x ử lý bằng tín hiệu tương tự. Sau thời kỳ đó, công nghệ điều khiển bằng khí nén và thủy lực phát triển đã được đưa vào sử dụng. Công nghệ điều khiển khí nén giúp điều khiển hệ thống từ xa thông qua hệ thống điều khiển trung tâm.
Tới nay những kỹ thuật công nghệ này vẫn còn rất phổ biến. Sự phổ bi ến c ủa các giải pháp tự động hóa sử dụng hệ th ống truyền thông số là kết quả tổng hợp c ủa các tiến bộ trong kỹ thuật vi điện tử , kỹ thuật máy tính , kỹ thuật thông tin , và đương nhiên là củ a cả kỹ thuật tự động hóa. Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp ( MCN ) là một khái niệm chung chỉ các hệ thống mạng truyền thông số , truyền bit nối tiếp , được sử dụng để ghép nối các thiết bị công nghiệp .Các h ệ thống truyền thông công nghiệp phổ bi ến hi ện nay cho phép liên kết mạng ở nhi ều m ức khác nhau , từ các cảm biến , cơ cấu chấp hành dưới cấp trường cho đến máy tính điều khiển , thiết bị quan sát , máy tính điều khiển giám sát và các máy tính cấp điều hành xí nghiệp , quản lý công ty. Ghép nối thiết b ị, trao đổi thông tin là m ột trong những vấn đề cơ bản trong bất cứ một giải pháp tự động hóa nào.
Một bộ điều khiển cần được ghép nối với các cảm biến và cơ cấu chấp hành. Giữa các bộ điều khiển trong một hệ thống điều khiển phân tán cũng cần trao đổi thông tin với nhau để phối hợp thực hiện điều khiển c ả quá trình sản xuất. Ở một c ấp cao hơn, các trạm v ận hành trong trung tâm điều khiển cũng cần được ghép nối và giao tiếp với các bộ điều khiển để có thể theo dõi, giám sát toàn bộ quá trình sản xuất và hệ thống điều khiển.1 Nối dây truyền thông (a) và nối mạng công nghiệp (b) 1 Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp, đặc biệt là bus trường để thay thế cách nối điểm – điểm c ổ điển gi ữa các thiết b ị công nghiệp (như hình 1.1) mang lại hàng loại lợi ích như sau: − Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp: Một số lượng lớn các thiết bị thuộc các chủng loại khác nhau được ghép nối với nhau thông qua một đường truyền duy nhất. − Tiết kiệm dây nối và công thiết kế, l ắp đặt hệ thống.
Nhờ cấu trúc đơn giản, việc thiết k ế h ệ th ống trở nên dễ dàng hơn nhiều. Một s ố lượng lớn cáp truyền được thay thế b ằng m ột đường duy nhất, giảm chi phí đáng kể cho nguyên vật liệu và công lắp đặt. − Nâng cao độ tin cậy độ chính xác của thông tin: Khi dùng phương pháp truyền tín hiệu tương tự cổ điển, tác động c ủa nhiễu dễ làm thay đổi nội dung thông tin mà các thiết bị không có cách nào nhận biết. Nhờ kỹ thuật truyền thông số, không những thông tin truyền đi khó bị sai lệch hơn, mà các thiế t bị nối mạng còn thêm khả năng tự phát hiện lỗi và chẩn đoán lỗi nếu có.
Hơn thế nữa, việc bỏ qua nhiều lần chuyển đổi qua lại tương tự - số và số - tương tự nâng cao độ chính xác của thông tin. − Nâng cao tính linh hoạt, tính năng mở của hệ thống: Một hệ thống mạng chuẩn hóa quốc tế tạo điều kiện cho việc sử dụng các thiết bị của nhiều hãng khác nhau. Việc thay thế thiết bị, nâng cấp và mở rộng phạm vi chức năng của hệ thống cũng dễ dàng hơn nhiều. Khả năng tương tác giữa các thành phần (phần cứng và phần mềm) được nâng cao nhờ các giao diện chuẩn.
− Đơn giản hóa /tiện l ợi hóa việc tham số hóa , chẩn đoán , định v ị l ỗi , sự cố của các thiết bị : Với một đường truyền duy nhất , không những thiết bị có thể trao đổi dữ liệu quá trình, mà còn có thể gửi cho nhau các dữ liệu tham số , dữ liệu trạng thái , dữ liệu cảnh báo và dữ liệu chẩn đoán .