ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC PHẦN II HỆ THỐNG MẠNG PLC CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG PLC (SIMATIC) Chủ đề:  Mạng AS-i  Mạng Profibus  Mạng Industrial Ethernet Mục đích:  Nắm rõ cấu trúc các loại mạng PLC  Cơ sở dữ liệu và truyền thông  Kết nối các thành phần trên mạng 149 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC 6.1. MẠNG ASI 6.1.1. GIAO TIẾP AS 6.1.1.1. Tổng quan Mạng AS-I là hệ thống kết nối ở cấp thấp nhất trong hệ thống tự động hóa (hình 6.1), ở đây các đường nối kết thiết bò rườm rà, đồ xộ được thay thế bằng tuyến cáp đơn giản gọi là cáp AS-i. Sử dụng cáp và điều khiển AS-I, thì các cảm biến và các cơ cấu chấp hành kiểu nhò phân đơn giản nhất sẽ được kết nối tới thiết bò điều khiển ở cấp trường qua các module AS-I. Mạng AS được phân biệt bằng những đặc tính chủ yếu sau:  Giao tiếp AS được tối ưu để nối kết các cảm biến và cơ cấu chấp hành. Cáp AS được sử dụng cho cả hai việc : trao đổi dữ liệu giữa các cảm biến và cơ cấu với thiết bò điều khiển; cung cấp nguồn cho các cảm biến. Hình 6.1 – Phân cấp mạng  Nối kết đơn giản và giá phải chăng: lắp đặt đơn giản, tính linh hoạt cao với nối kết kiểu hình cây.  Thời gian đáp ứng nhanh: Chủ AS-I chỉ cần tối đa 5 ms cho chu kỳ trao đổi dữ liệu lên tới 31 trạm.  Các trạm trên cáp AS-I có thể là các cảm biến, cơ cấu chấp hành với đầu nối hoặc module AS-I tích hợp có thể được nối vào tới 4 sensor/actuator nhò phân thông thường.  Với các module AS-I có thể lên đến 124 cảm biến được hoạt động trêncáp AS-i. 6.1.1.2. Giao tiếp AS và các thành phần hệ thống AS Các thành phần dưới sẽ tạo thành hệ thống mạng AS  AS-i master  AS-i module  AS-i cable  AS-i power supply unit  Sensors/actuators with an integrated AS-i chip  Addressing unit  SCOPE AS-Interface Sơ đồ sau mô tả các thành phần được nối kết, hình 6.2 150 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC Hình 6.2 – Sơ đồ kết nối các thành phần AS-i. 6.1.2. CÁC AS-I MASTER 6.1.2.1. ASI master cho simatic s7-200 CP 242-2 Module CP 242-2 cho phép kết nối chuỗi ASI tới bộ điều khiển lập trình S7-200. CP 242-2 có thể xử lý các chức năng hoàn chỉnh của các điểm ASI master, hình 6.3. CP 242-8 Module này không chỉ có các chức năng của CP 242-2 mà còn có nối kết tới PROFIBUS DP (DP slave). Module này cho nối kết S7-200 tới PROFIBUS DP và ASI cùng ơ một thời điểm với giá cả phải chăng, hình 6.4. 151 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC Hình 6.3 – ASI master CP 242-2 Hình 6.4 – ASI master CP 242-8 152 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC 6.1.2.2. ASI master cho simatic s7-300 CP 342-2 CP 342-2 là module ASI master cho các bộ điều khiển S7- 300 và cho hệ thống phân phối I/O ET 200M. CP 342-2 chiếm 16 byte input và 16 byte output trong vùng analog của bộ điều khiển mà qua đó các dữ liệu nhập của slave có thể được đọc và các dữ liệu xuất của slave có thể được đặt. Hình 6.5 – ASI master CP 342-2 Khi sử dụng một FC, ngoài trao đổi dữ liệu I/O, nó cũng có thể thực thi những thủ tục gọi chính trong chương trình điều khiển. 6.1.2.3. ASI Gateway DP-ASI gateway Ngay khi sử dụng các I/O ngoại vi phân bố, sử dụng ASI có thể có các thuận lợi. Nối mạng các ngoại vi quá trình trên profibus có thể được mở rộng đến các sensor/actuator. Các thiết bò sau đây có thể sử dụng như gateway cho profibus:  DP/ASI Link 20 module (được thiết kế bằng công nghệ IP 20 để nối kết ASI với Profibus)  CP 242-8  CP 142-2 trong ET200X  CP 342-2 trong ET200M  AS 300/CPU315-2DP với CP 2433  DP/AS Link ( link sủ dụng công nghệ IP 65 để nối kết ASI với Profibus) 6.1.2.4. ASI master cho ET200X CP 142-2 Module CP 142-2 có thể hoạt động trong hệ thống I/O phân bố ET200X, nó cho phép kết nối chuỗi ASI với hệ thống I/O. Đặc điểm chính của hệ thống I/O ET 200X là xây dựng thích nghi với các kiểu bảo vệ IP 65, IP 66 và IP 67. 153 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC Hình 6.6 – Cấu hình hệ thống với DP/ASI Link 20 Hình 6.7 – ASI master CP 142-2 154 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC 6.1.2.5. ASI master cho PC-AT CP 2413 CP 2413 cho phép kết nối giao tiếp ASI tới máy tính. Phần cứng của ASI master được thực hiện như một card PC. Cho phép đến 4 ASI master CP có thể hoạt động cùng một lúc trong một PC. Điều này nói rằng ASI PC master cũng thích hợp cho các tác vụ phúc tạp. Một chương trình hoạt động và mô phỏng sẵn sàng cung cấp các trạng thái hiện hành của các slave trên cáp và cho phép các điều hành đơn giản các slave. Chương trình này cũng có thể sử dụng để những mục đích chẩn đoán, nó cũng cho phép lập trình các đòa chỉ của các slave ASI. Từ đó không những card ASI master có thể được hoạt động trong PC mà còn cho PC giao tiếp với Industrial Ethernet và Profibus cùng một lúc, dữ liệu cung cấp bởi ASI slave cũng có thể khả dụng với các trạm khác trong mạng. Hình 6.8 – Cấu hình hệ thống với PC-AT và CP2413 6.1.3. CÁC THÀNH PHẦN KHÁC CỦA ASI Như đã đề cập ở ASI ngoài các ASI master với vai trò là chủ trong hệ thống, còn có các thành phần khác được nối kết vào để tạo nên một hệ thống mạng ASI chuẩn. 6.1.3.1. Cáp ASI Cáp ASI được tiếp xúc bằng kỹ thuật thẩm thấu. Các lưỡi tiếp xúc (contact blade) thâm nhập vào áo nhựa bọc bên ngoài và tạo tiếp xúc với 2 dây dẫn. Điều này đảm bảo 155 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC cho điện tở tiếp xúc thấp và kết nối dữ liệu tin cậy. Với liểu kết nối này, có những module kết nối được thiết kế cho kỹ thuật thẩm thấu. 6.1.3.2. Repeater/Extender Các ASI repeater/Extender được thiết kế để dùng cho môi trường giao tiếp AS. Thiết bò này có nhiệm vụ mở rộng chiều dài 100 m tối đa của ASI. Một đoạn một 100m có sẵn có thể được mở rộng thêm tối đa 2 đoạn 100m nữa. Sử dụng Repeater ASI Repeater được sử dụng khi các slave được hoạt động trên tất cả các đoạn cáp. Mỗi đoạn ASI được đòi hỏi một đơn vò nguồn cung cấp riêng biệt (trước và phía sau của repeater). Repeater có các đặc điểm sau:  Mở rộng chiều dài cáp tối đa là 300 m.  Các slave có thể được sử dụng ở cả hai bên của ASI.  Nguồn cung cấp đòi hỏi phải có ở cả hai bên ASI.  Cách ly điện giữa hai cáp.  Mỗi bên giao tiếp AS cần có một nguồn điện riêng biệt. Hình 6.9 – Sử dung Repeater  Lắp đặt trong dạng đóng vỏ module ứng dụng chuẩn. Sử dụng Extender ASI Extender được sử dụng trong các ứng dụng mà master được lắp đặt ở khoảng cách xa hơn với chỗ lắp đặt ASI. Hình 6.10 – Sử dụng Extender  Các master có thể được được đặt cách xa đoạn ASI 100m.  Các slave chỉ được sử dụng ở bên của extender không có master  Nguồn điện chỉ được yêu cầu cho bên không có master.  Không cần cách ly điện giữa hai cáp.  Chỉ thò điện áp đúng  Được lắp đặt trong dạng đóng vỏ module ứng dụng. Extender được gắn trên module kết nối FK-E. 6.1.3.3. Đơn vò đònh đòa chỉ 156 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC Mỗi slave trên ASI đều mang một đòa chỉ. Đòa chỉ này được lưu trữ trên các slave. Ta có thể lập trình đòa chỉ của các slave sử dụng đơn vò đònh đòa chỉ. 6.1.3.4. SCOPE ASI Phần mềm SCOPE ASI là một chương trình giám sát có khả năng ghi lại và đánh giá trao đổi dữ liệu trong các mạng ASI trong suốt quá trình lắp đặt và hoạt động. Phần mềm SCOPE ASI có thể chạy trong PC liên kết vớ CP 2413 dưới môi trường Windows. 6.1.4. CHẾ ĐỘ MASTER 6.1.4.1. Nguyên tắc của Master/Slave trong ASI ASI hoạt động theo nguyên tắc master/slave. Điều này có nghóa là ASI master kết hợp với cáp ASI điều khiển trao đổi dữ liệu với 31 slave qua giao tiếp cáp ASI. Hình 6.11 minh họa giao tiếp giữa hai khối ASI master với ASI slave qua cáp ASI. Các lệnh gán tham số và dữ liệu quá trình được truyền qua giao tiếp giữa “master CPU” và “master CP”. Các chương trình người dùng sử dụng các gọi hàm thích hợp và cơ chế khả dụng để đọc và ghi qua giao tiếp này. Hình 6.11 – Sơ đồ khối gia tiếp ASI master/slave 6.1.4.2. Truyền dữ liệu 6.1.4.2.1. Cấu trúc thông tin – dữ liệu. Hình 6.12 mô tả các trường và danh sách dữ liệu của hệ thống đã được đònh nghóa. Các cấu trúc sau đây được tìm thấy trên CP: Các ảnh dữ liệu Chúng chứa các thông tin được lưu trữ tạm thời:  Các tham số thật là ảnh của các tham số hiện thời trên slave  Dữ liệu cấu hình thật: trường này chứa các cấu hình I/O và mã ID của tất cả các slave được nối kết ngay khi dữ liệu này được đọc từ các Hình 6.12 – Sơ đồ cấu trúc ASI master CP và ASI slave 157 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC slave.  Danh sách các slave được phát hiện (LDS)  Danh sách các slave bò kích hoạt (LAS)  LAS cho thấy những slave nào được kích hoạt bởi ASI master. Dữ liệu I/O chỉ trao đổi được với các slave bò kích hoạt. Dữ liệu I/O Dữ liệu nhập và xuất của quá trình. Dữ liệu cấu hình Đây là dữ liệu không bốc hơi (non-volatile), không bò thay đổi ngay khi có hư hỏng nguồn năng lượng.  Dữ liệu cấu hình mong đợi, đây là các giá trò so sánh có chọn lựa mà cho phép dữ liệu cấu hình của các slave được phát hiện sẽ được kiểm tra.  Danh sách dữ liệu thường trực (LPS), danh sách này cho thấy các ASI slave được mong đợi trên cáp ASI bởi ASI master. ASI master kiểm tra liên tục xem có phải tất cả các trạm chỉ đònh trong có mặt LPS và xem có phải dữ liệu cấu hình của chúng khớp với dữ liệu cấu hình mong muốn. Hình 6.13 – Các giai đoạn hoạt động 158 [...]... Thiết kế hệ thống mạng PLC 6.3.2 Truyền thông mạng Các DTE truyền dữ liệu trong mạng thông qua các bộ xử lý truyền thông Ethernet CP hoặc các IT-CP hoặc các thiết bò lập trình và giám sát (OP/PG) 169 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC 6.3.2.1 Truyền thông OP/PG qua mạng Ethernet 6.3.2.2 Truyền thông S7 qua mạng Ethernet 170 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương. .. đây sẽ được truyền khi hàm FC được gọi: - Số liên kết (ID) - Vò trí vùng dữ liệu người dùng trên CPU • Gọi hàm FC trong chương trình CPU 171 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC 172 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC Tài liệu tham khảo: [1] “Industrial Communication” Siemens, Germany [2] NCM S7 for PROFIBUS Primer SIEMENS AG [3]... tới 12 Mbps Một tốc độ truyền duy nhất được chọn cho tất cả các thiết bò trên một bus khi hệ thống sẵn sàng 162 Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Lắp đặt RS-485 Tất cả các thiết bò được nối vào cấu trúc bus Tối đa 32 trạm (master hay slave)có thể được nối vào một segment 9 (đoạn) Bus được kết thúc bằng kết thúc bus tích tực (active bus terminator) ở đầu và cuối mỗi... Chẳng hạn: PLC, CNC, Robot Control DP master class2 Các thiết bò kiểu này là thiết bò lập trình, thiết bò đặt cấu hình hoặc chẩn đoán Các thiết bò này được dùng khi khởi động hệ thống để đặt cấu hình cho hệ thống DP DP slaves Một DP slave là một thiết bò I/O mà đọc thôgn tin nhập từ quá trình xuất dữ liệu ra quá trình Hoạt động hệ thống Hệ thống một master: chỉ có một master tích cựa trên bus Hệ thống nhiều... tiếp 6.2 MẠNG PROFIBUS 6.2.1 GIỚI THIỆU 6.2.1.1 Profibus là gì? Profibus là thuật ngữ mô tả mạng truyền thông tin số được sử dụng trong công nghiệp để thay thế quá trình truyền tín hiệu analog 4-20mA đang tồn tại một thời gian dài qua Đây là mạng truyền thông số, 2 chiều, multidrop, bus nối tiếp nhằm để kết nối thiết bò 160 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC field... mặt vật lý, PROFIBUS là mạng điện dựa trên cáp 2 dây hoặc mạng quang dựa trên cáp sợi quang hoặc mạng vô tuyến với truyền hồng ngoại (IR) 6.2.2 CÔNG NGHỆ PROFIBUS 161 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC PROFIBUS là chuẩn fieldbus cho một giải rộng các ứng dụng trong sản xuất và tự động hóa quá trình PROFIBUS cho phép truyền thông giữa các thiết bò của các nhà sản... • Kết nối các thiết bò vào PLC Master • Truyền các lượng dữ liệu nhỏ và nhanh, do - Truyền thông master/slave tuần hoàn - Hoạt động một master - Giao tiếp với giao thức được đơn giản Slave Slave Slave hóa • Trao đổi dữ liệu theo 2 khung: - Master gửi dữ liệu đến các slave - Các slave thông báo và trả dữ liệu về master 164 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC Các hệ. .. PROFIBUS-FMS Truyền thông PROFIBUS-FMS • Kết nối các PLC với nhau, có thể Master Master Master kết nối các thiết bò field • Chuyển các lượng dữ liệu lớn • Hoạt động nhiều master: gửi chủ quyền từ master này đến master kia Slave Slave FMS là ngôn ngữ cho truyền thông theo thông điệp FMS protocol chuẩn hóa 165 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC không những ý nghóa của thông... vậy cần 166 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC có cơ chế điều phối trong môi trường truyền dữ liệu chung này Để giải quyết vấn đề này IEEE802.3 đưa ra giải pháp đó là giao thức CSMA/CD • Truy cập mạng bằng giao thức CSMA/CD - Mạng công nghiệp truy cập bằng giao thức CSMA/CD Đây là kỹ thuật truy cập phân bố, nghóa là mỗi DTE nối vào mạng đều có quyền truy cập - Nếu... KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC Mạng sợi quang Môi trường truyền là cáp sợi quang đa cách (MMFO) với sợi thủy tinh loại 62.5/125 µm Các link sợi quang luôn luôn là những link từ đầu này đến đầu kia giữa 2 thành phần tích cực Điều này có nghóa là luôn luôn có link trực tiếp từ một thành phần mạng đến cổng của một thành phần mạng khác Thành phần mạng có nhiệm vụ tái . TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC PHẦN II HỆ THỐNG MẠNG PLC CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG PLC (SIMATIC) Chủ đề:  Mạng AS-i  Mạng. KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 6 – Thiết kế hệ thống mạng PLC 6.1. MẠNG ASI 6.1.1. GIAO TIẾP AS 6.1.1.1. Tổng quan Mạng AS-I là hệ thống kết nối ở cấp