Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Xây dựng hệ thống truyền thông PLC S71200 qua mạng Ethernet Ngày nay, truyền thông trong các hệ thống đang dần chiếm ưu thế. Trong lĩnh vực công nghiệp, việc truyền thông giữa các PLC đang dần trở thành tiêu chuẩn kết nối của hệ thống bởi nó giảm thiểu độ phức tạp của sơ đồ kết nối giữa các PLC trong cùng một hệ thống nhưng vẫn đảm bảo thông tin cho hoạt động của các PLC.
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Nhận xét giáo viên hướng dẫn Ngày Tháng Năm 2022 Giáo viên hướng dẫn GVHD: TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MỤC LỤC Nhận xét giáo viên hướng dẫn .1 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Khái niệm kết nối truyền thông PLC với thiết bị ngoại vi 1.2 Vai trị kết nối truyền thơng PLC với thiết bị ngoại vi .8 1.3 Ứng dụng kết nối truyền thông PLC với thiết bị ngoại vi CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 PLC S7 1200 10 2.2 Khái niệm mạng truyền thông công nghiệp 12 2.3 Giới thiệu phần mềm TIA PROTAL V15.1 13 2.4 Các phương pháp truyền thông PLC 15 2.4.1 Phương pháp truyền thông PROFIBUS-DP 15 2.4.2 Phương pháp truyền thông RS 232 17 -Ưu nhược điểm RS485 20 2.4.5 Phương pháp truyền thông MODBUS 22 2.4.6 Phương pháp truyền thông TCP/IP 23 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THỰC NGHIỆM 26 3.1 Mơ hình mạng PLC 26 3.2 Giao tiếp mạng Profinet với PLC S7-1200 .27 3.3 Xây dựng chương trình điều khiển .31 3.3.1 Thuật toán điều khiển 32 3.3.2 Khai báo cấu hình phần cứng 34 3.3.3 Chương trình điều khiển 35 3.4 Thực nghiệm 47 3.4.1 Kết nối vật lý hệ thống 47 3.4.2 Mô trình vận hành mơ hình 48 GVHD: TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ KẾT LUẬN .52 TÀI LIỆU THAM KHẢO .52 GVHD: TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 CPU PLC S7_1200……………………………………………………………10 Hình 2.2 Mạng truyền thơng cơng nghiệp ……………………………………… ……12 Hình 2.3 Giao diện phần mềm tia portal………………………………… …13 Hình 2.4 Sơ đồ tổng quan mạng profibus…………………………………… ……… 15 Hình 2.5 Cổng kết nối RS232……………………….………………………………… 17 Hình 2.6 RS232 25 chân kết nối … ……………………………………………………18 Hình 2.7 Cấu tạo RS48………………………… …………………………………19 Hình 2.8 Sơ đồ cấu hình dây RS485 ………… …………………………………19 Hình 2.9 Sơ đồ cấu hình dây RS485… …………………………………………20 Hình 2.10 Sơ đồ truyền thơng mạng Ethernet… ………………………………………21 Hình 3.1 Cấu trúc hệ thống tốn………………………………… ……………26 Hình 3.2 Sơ đồ đấu nối cáp thẳng cáp chéo …………………………………… ….27 Hình 3.3 Lệnh truyền thơng với giao thức USS……………………………………… 27 Hình 3.4 Hàm GET_DB…………………………….………………………………… 28 Hình 3.5 Hàm PUT_DB………………… …………………………………………… 29 Hình 3.6 Cấu trúc trạm PLC số (MASTER) …………….……………………………31 Hình 3.7 Cấu trúc trạm PLC số (SLAVE) ……………………………………………31 Hình 3.8 Thuật tốn điều khiển chương trình …………………… ……………………33 Hình 3.9 Cấu hình phần cứng master…………………….…………………………34 Hình 3.10 Cấu hình phần cứng slave……………….………………………………34 Hình 3.11 Sơ đồ truyền thơng profinet………….………………………………………35 Hình 3.12 Kết nối vật lý hai PLC………….………………………………………47 Hình 3.13 Khi ta nhấn start_master……………………… ……………………………48 Hình 3.14 Khi ta nhấn stop_master…………………… ………………………………49 Hình 3.15 Khi ta nhấn start_slave…………………………………….…………………50 GVHD: TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Hình 3.16 Khi ta nhấn stop_slave…………….…………………………………………51 GVHD: TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 So sánh model………………………………………………………11 Bảng 2.2 Khoảng cách mạng profibus_DP…………………………………………… 16 Bảng 2.3 Chiều dài tối đa đoạn mạng Ethernet……………………………… 22 Bảng 3.1 Các thông số chi tiết GET_DB………………………………………… 28 Bảng 3.2 Các thông số chi tiết PUT_DB……………………………………………30 GVHD: TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, truyền thơng hệ thống dần chiếm ưu Trong lĩnh vực công nghiệp, việc truyền thông PLC dần trở thành tiêu chuẩn kết nối hệ thống giảm thiểu độ phức tạp sơ đồ kết nối PLC hệ thống đảm bảo thông tin cho hoạt động PLC Điều khiển truyền thơng cho PLC thực thông qua mạng Profibus, CAN, MOSBUS, Ethernet… Nhưng ứng dụng nhỏ việc thiết kế mạng Ethernet cho hiệu kinh tế cao sử dụng thiết bị phổ biến Ngoài ra, mạng Ethernet cho phép truyền tải lượng thông tin số điểm kết nối lớn vượt hẳn so với mạng truyền thông khác Làm việc môi trường yêu cầu cao nghiên cứu, việc tiếp cận đến lĩnh vực điều khiển để nâng cao chất lượng, đưa giải pháp điều khiển, xây dựng mơ hình minh chứng lý thuyết toán thực tế Với hướng dẫn cô : Lê Thị Minh Tâm chúng em tiến hành nghiên cứu thiết kế đề tài “Xây dựng hệ thống truyền thông PLC S7-1200 qua mạng Ethernet” Trong trình thực đề tài khả kiến thức thực tế có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy đóng góp ý kiến để đề tài hồn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn Nhóm sinh viên thực : GVHD: TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Khái niệm kết nối truyền thông PLC với thiết bị ngoại vi - Truyền thông plc tức khả kết nối với thiết bị ngoại vi xung quanh để truyền liệu Ví dụ plc kết nối với hmi để nhận lệnh điều khiển từ người cơng nhân vận hành, plc kết nối truyền thông với nhiều plc khác để phối hợp điều khiển hệ thống lớn - Nhiều loại plc tích hợp sẵn plc CPU 232, 485 ethernet có số dạng PLC tích hợp truyền thơng dạng module, muốn dùng truyền thông bạn phải mua thêm loại module Mạng truyền thơng plc kết nối với nhiều thiết bị khác như: Kết nối với nhiều loại plc hãng khác hãng để trao đổi liệu điều khiển máy móc dây chuyền phức tạp hệ thống lớn Truyền thơng với hình HMI hệ scada để điều khiển giám sát từ Kết nối với thiết bị vi biến tần, servo, điều khiển nhiệt độ, đồng hồ đo công suất, ampe điện áp có tích hợp truyền thơng 1.2 Vai trị kết nối truyền thơng PLC với thiết bị ngoại vi Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp, đặc biệt bus trường để thay cách nối điểm-điểm cổ điển thiết bị công nghiệp mang lại hàng loạt lợi ích sau: Đơn giản hóa cấu trúc liên kết thiết bị cơng nghiệp: Một số lượng lớn thiết bị thuộc chủng loại khác ghép nối với thông qua đường truyền GVHD: TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Tiết kiệm dây nối công thiết kế, lắp đặt hệ thống: Nhờ cấu trúc đơn giản, việc thiết kế hệ thống trở nên dễ dàng nhiều Một số lượng lớn cáp truyền thay đường nhất, giảm chi phí đáng kể cho nguyên vật liệu công lắp đặt Nâng cao độ tin cậy độ xác thơng tin: Khi dùng phương pháp truyền tín hiệu tương tự cổ điển, tác động nhiễu dễ làm thay đổi nội dung thơng tin mà thiết bị khơng có cách nhận biết Nhờ kỹ thuật truyền thông số, khơng thơng tin truyền khó bị sai lệch hơn, mà thiết bị nối mạng cịn có thêm khả tự phát lỗi chẩn đoán lỗi có Hơn nữa, việc bỏ qua nhiều lần chuyển đổi qua lại tương tự-số sốtương tự nâng cao độ xác thơng tin Nâng cao độ linh hoạt, tính mở hệ thống: Một hệ thống mạng chuẩn hóa quốc tế tạo điều kiện cho việc sử dụng thiết bị nhiều hãng khác Việc thay thiết bị, nâng cấp mở rộng phạm vi chức hệ thống dễ dàng nhiều Khả tương tác thành phần (phần cứng phần mềm) nâng cao nhờ giao diện chuẩn Đơn giản hóa/tiện lợi hóa việc tham số hóa, chẩn đốn, định vị lỗi, cố thiết bị: Với đường truyền nhất, khơng thiết bị trao đổi liệu q trình, mà cịn gửi cho liệu tham số, liệu trạng thái, liệu cảnh báo liệu chẩn đốn Các thiết bị tích hợp khả tự chẩn đốn, trạm mạng có khả cảnh giới lẫn Việc cấu hình hệ thống, lập trình, tham số hóa, chỉnh định thiết bị đưa vào vận hành thực từ xa qua trạm kỹ thuật trung tâm Mở nhiều chức khả ứng dụng hệ thống Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp cho phép áp dụng kiến trúc điều khiển điều khiển phân tán, điều khiển phân tán với thiết bị trường, điều khiển giám sát chẩn GVHD: TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ đoán lỗi từ xa qua Internet, tích hợp thơng tin hệ thống điều khiển giám sát với thông tin điều hành sản xuất quản lý công ty 1.3 Ứng dụng kết nối truyền thông PLC với thiết bị ngoại vi Kết nối với nhiều loại plc hãng khác hãng để trao đổi liệu điều khiển máy móc dây chuyền phức tạp hệ thống lớn Truyền thơng với hình HMI hệ scada để điều khiển giám sát từ xa Kết nối với thiết bị vi biến tần, servo, điều khiển nhiệt độ, đồng hồ đo cơng suất, ampe điện áp có tích hợp truyền thông CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 PLC S7 1200 Bộ điều khiển khả trình (PLC) S7-1200 mang lại tính linh hoạt sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ yêu cầu điều khiển tự động Sự kết hợp thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt tập lệnh mạnh mẽ khiến cho S7-1200 trở thành giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác Kết hợp vi xử lý, nguồn tích hợp, mạch ngõ vào mạch ngõ kết cấu thu gọn, CPU S7-1200 tạo PLC mạnh mẽ Sau người dùng tải xuống chương trình, CPU chứa mạch logic yêu cầu để giám sát điều khiển thiết bị nằm ứng dụng CPU giám sát ngõ vào làm thay đổi ngõ theo logic chương trình người dùng, bao gồm hoạt động logic Boolean, việc đếm, định thì, phép tốn phức hợp việc truyền thông với thiết bị thông minh khác Một số tính bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến CPU chương trình điều khiển: GVHD: 10 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Chọn ‘Start search ‘sẽ danh sách PLC ta chọn CPU có địa 192.168.0.2 chọn ‘show’ GVHD: 40 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Chọn ‘protection’ & ‘Security tích chọn Permit access with PUT/GET communication from remote partner’ GVHD: 41 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Kích đúp vào Devices & networks để kết nối mang PLC Chú ý lập trình sử dụng hàm truyền thông ‘Instructions’ chọn ‘Comunication’, chọn ‘S7 communication’ sau Hàm nhận Get, ‘Connection parameter’ chọn nhue hình sau GVHD: 42 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trong Block parameter hàm Get chọn vùng nhớ đệm (thông tin từ Vùng nhớ MB10 PLC_2 truyền qua ethernet sang PLC_1 lưu trữ vùng nhớ MB20) sau GVHD: 43 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Các tham số khác hàm GET thiết lập sau Hàm truyền PUT, ‘Connection parameter’ chọn sau: GVHD: 44 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trong ‘Block parameter’ hàm PUT, chọn vùng nhớ đệm (thông tin từ vùng nhớ MB40 PLC_1 truyền qua mạng ethernet sang PLC_2 vavf lưu vùng nhớ MB30) sau: Và tham số khác hàm PUT thiết lập sau: GVHD: 45 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Bước 2: Lập bảng symbol Lập bảng symbol cho CPU_1 Lập bảng symbol cho PLC_2 GVHD: 46 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Bước : Lập trình mạng truyền thồn Profinet Viết chương trinhg cho CPU_1: GVHD: 47 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Viết chương trình cho CPU_2: GVHD: 48 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 3.4 Thực nghiệm 3.4.1 Kết nối vật lý hệ thống START_MASTER nối với cổng I0.0 PLC_MASTER STOP_MASTER nối với cổng I0.1 PLC_MASTER START_SLAVE nối với cổng I0.0 PLC_SLAVE STOP_SLAVE nối với cổng I0.1 PLC_SLAVE Đầu LED_MASTER cổng Q0.0 PLC_MASTER Đầu LED_SLAVE cổng Q0.0 PLC_SLAVE Hình 3.12 Kết nối vật lý PLC GVHD: 49 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 3.4.2 Mô trình vận hành mơ hình Khi ta nhấn Start_master ( I0.0 ) đèn Led_slave (Q0.0) sáng Hình 3.13 Khi ta nhấn Start_master GVHD: 50 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Khi ta nhấn Stop_master ( I0.1 ) đèn Led_slave (Q0.0) tắt Hình 3.14 Khi ta nhấn Stop_master GVHD: 51 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Khi ta nhấn Start_slave (I0.0) đèn led_master (Q0.0) sáng Hình 3.15 Khi ta nhấn Start_slave GVHD: 52 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Khi ta nhấn Stop_slave ( I0.1 ) đèn Led_master (Q0.0) tắt Hình 3.16 Khi ta nhấn Stop_slave GVHD: 53 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ KẾT LUẬN Sau trình thực hiện, đề tài đạt kết sau: - Nghiên cứu truyền thông PLC S7-1200 sử dụng mạng Ethernet - Tiến hành thực thi mô kiểm chứng lý thuyến mơ hình mạng PLC S7-1200 - Hệ thống hoạt động tốt với liệu PLC truyền nhanh chóng xác Tuy nhiên đề tài số hạn chế như: - Mới dừng lại việc xây dựng mạng mơ hình phịng thí nghiệm chưa có điều kiện thử nghiệm truyền thông môi trường công nghiệp để kiểm tra tính chống nhiễu hệ thống Các kiến nghị: - Tiếp tục thực điều khiển PLC S7-1200 qua mạng Ethernet môi trường làm việc khác để nâng chao chất lượng hệ thống TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu “S7_1200_easy_book_en-US_en-US” nguồn https://cache.automation.siemens.com/dnl/zQ/zQxMTM0MwAA_397101 45_HB/s71200_easy_book_en-US_en-US.pdf Tài liệu “S7-1200 Programmable Controller” nguồn: https://www.automation.siemens.com Tài liệu “Siemens TCP/IP Ethernet” nguồn: https://www.automation.siemens.com Giáo trình Tư động hóa trình sản xuất TS Đặng quang Đồng Khoa điện điện tử GVHD: 54 ... thống bán song cơng), cấu hình dây (hệ thống song cơng tồn phần) GVHD: 20 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Hình 2.8 Sơ đồ cấu hình dây RS485 Hình 2.9 Sơ đồ cấu hình... ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THỰC NGHIỆM 3.1 Mơ hình mạng PLC Hình 3.1 Cấu trúc hệ thống toán GVHD: 27 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH... áp dụng kiến trúc điều khiển điều khiển phân tán, điều khiển phân tán với thiết bị trường, điều khiển giám sát chẩn GVHD: TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ đốn lỗi