Mạng Truyền Thông Công Nghiệp Profinet giữa PLC S71200 với ET200S

Mạng Truyền Thông Công Nghiệp Profinet giữa PLC S71200 với ET200S Có Power Point và chương trình chạy mô phỏng bằng PLC SIM Liên hệ email: wangwoc11gmail.com để biết thêm chi tiết Mạng Truyền Thông Công Nghiệp Profinet giữa PLC S71200 với ET200S

111Equation Chapter Section 1TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP MẠNG TRUYỀN THÔNG PROFINET GVHD: TS TRẦN ĐỨC ANH MINH NHÓM THỰC HIỆN: THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022 TỔNG LIÊN ĐỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP MẠNG TRUYỀN THÔNG PROFINET GVHD: TS TRẦN ĐỨC ANH MINH NHĨM THỰC HIỆN: THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022 PHÂN CƠNG LÀM PROJECT (V/v Phân cơng cơng việc /Đánh giá hồn thành) Nội dung họp Số thứ tự tổ : Tên đề tài : Mạng truyền thơng PROFINET 1.1.Nhóm trưởng phân cơng cơng việc ST Họ tên MSSV Nhiệm vụ 4190051 Tìm thơng tin, phân tích hệ thống, viết báo T Đặng 53 71 22 66 Quốc Quang ( NHÓM cáo, thuyết trình TRƯỞNG ) Huỳnh Tấn 4190114 Tìm thơng tin, phân tích hệ thống, viết báo Trung Trần Minh 4190108 cáo, powerpoint, thuyết trình Phân tích hệ thống, cấu hình phần cứng, viết 4190113 chương trình hệ thống, thuyết trình Phân tích hệ thống, thiết lập hệ thống mơ phỏng, viết chương trình TIA Portal Hậu Trần Hữu Tín MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI .4 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT .5 2.1 MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP 2.2 ETHERNET 2.2.1 Tổng quan 2.2.2 Nguồn gốc 2.2.3 Tiêu chuẩn hóa 2.2.4 Mơ hình OSI 2.2.5 PROFNET .14 CHƯƠNG HỆ THỐNG PROFINET ĐIỀU KHIỂN ET-200 17 3.1 CHỦ ĐỀ 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO .21 DANH MỤC HÌNH Hình 2-1 Ethernet Hình 2-2 Mơ Hình OSI Hình 2-3 Cấu tạo dây cáp Hình 2-4 Lõi dây cáp .9 Hình 2-5 Tốc độ dây cáp .10 Hình 2-6 Jack RJ-45 10 Hình 2-7 Kiểu bấm dây 11 Hình 2-8 Các loại đầu RJ-45 11 Hình 2-9 Profinet 14 Hình 2-10 Logo Profinet 15 CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài Mạng truyền thông công nghiệp xương sống cho kiến trúc hệ thống tự động hóa cung cấp phương tiện trao đổi liệu cách mạnh mẽ, với khả kiểm sốt liệu tính linh hoạt để kết nối thiết bị khác Với việc sử dụng mạng truyền thông kỹ thuật số độc quyền ngành công nghiệp thập kỷ qua dẫn đến việc cải thiện độ xác tính tồn vẹn tín hiệu kỹ tḥt số đầu cuối Khi hệ thống tự động hóa công nghiệp trở nên phức tạp với số lượng thiết bị tự động hóa nhiều tầng điều khiển, ngày nay, xu hướng hướng tới tiêu chuẩn kết nối Hệ thống Mở (OSI) cho phép kết nối giao tiếp cặp thiết bị tự động hóa cách đáng tin cậy với nhà sản xuất Với tiến công nghệ kỹ thuật số, công nghệ fieldbus thống trị lĩnh vực tự động hóa cung cấp phương tiện truyền thông đa điểm mang lại hiệu chi phí tiết kiệm cáp dẫn Sau tổng quan mạng truyền thơng cơng nghiệp đóng vai trị quan trọng hệ thống điều khiển cơng nghiệp ngày Bên cạnh đó, cơng nghiệp kỹ tḥt cao cịn bùng nổ với cơng nghệ trội hiệu suất, đặc biệt công nghệ mạng truyền thông Profinet (Process Field Net) Đây hệ thống truyền tải liệu nhà máy công nghiệp tin dùng ứng dụng nhiều giới 1.2 Mục tiêu đề tài Phân tích sơ lý thuyết, tìm hiểu phương thức hoạt động dựa tài liệu tham khảo có sẵn để nghiên cứu mô thông số cần thiết liên quan thơng qua phần mềm TIA Portal Từ đưa đánh giá, kết luận hướng phát triển phục vụ cho công nghệ tương lai 5 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.3 Mạng truyền thông công nghiệp Mạng truyền thông công nghiệp (Industrial Communication Network) hay mạng công nghiệp khái niệm chung hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp nhằm mục đích ghép nối thiết bị cơng nghiệp giúp thiết bị giao tiếp với kiến tạo thành mạng lưới, hệ thống đồng có phân cấp kiểm soát chặt chẽ Với hệ thống truyền thông công nghiệp cho phép liên kết mạng nhiều mức, nhiều cấp khác nhau: từ cảm biến, cấu chấp hành (thuộc phân cấp trường) máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý cơng ty 1.4 Ethernet 1.1.1 Tổng quan Ethernet họ cơng nghệ mạng máy tính thường dùng mạng local area network (LAN), metropolitan area network (MAN) wide area network (WAN) Tên Ethernet xuất phát từ khái niệm Ête ngành vật lý học Nó giới thiệu thương mại vào năm 1980 lần đầu tiên tiêu chuẩn hóa vào năm 1983 thành IEEE 802.3, kể từ chỉnh sửa để hỗ trợ bit rate cao khoảng cách kết nối dài Theo thời gian, Ethernet thay hoàn toàn công nghệ LAN nối dây token ring, FDDI ARCNET 1.1.2 Nguồn gốc Ethernet phát triển Xerox PARC từ năm 1973 đến năm 1974 Nó lấy cảm hứng từ ALOHAnet, phần nghiên cứu luận án tiến sĩ Robert Metcalfe Metcalfe lần đầu ghi lại ý tưởng mẩu giấy ghi nhớ (memo) vào ngày 22 tháng năm 1973, ông đặt tên công nghệ theo Luminiferous aether (ê-te) với ý nghĩa "phương tiện thụ động hoàn toàn có khắp nơi để lan truyền sóng điện từ" Vào năm 1975, Xerox nộp đơn xin cấp sáng chế Metcalfe, David Boggs, Chuck Thacker, Butler Lampson người phát minh Vào năm 1976, sau hệ thống vận hành PARC, Metcalfe Boggs xuất báo quan trọng Hình 2-1 Ethernet Metcalfe rời Xerox vào tháng năm 1979 để lập cơng ty 3Com Ơng thuyết phục Digital Equipment Corporation (DEC), Intel, Xerox hợp tác để quảng bá tiêu chuẩn Ethernet Tiêu chuẩn gọi "DIX", viết tắt "Digital/Intel/Xerox", cụ thể Ethernet 10 Mbit/s, với địa nguồn đích 48-bit trường tồn cục 16 bit kiểu Ethertype Tiêu chuẩn công bố vào ngày 30 tháng năm 1980 với tiêu đề "The Ethernet, A Local Area Network Data Link Layer and Physical Layer Specifications" Version xuất vào tháng 11 năm 1982 định nghĩa Ethernet II Các nỗ lực tiêu chuẩn hóa thức tiến hành thời gian dẫn đến việc xuất IEEE 802.3 vào ngày 23 tháng năm 1983 1.1.3 Tiêu chuẩn hóa Vào tháng năm 1980, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) bắt đầu thực dự án 802 để tiêu chuẩn hóa mạng local area network (LAN) "Nhóm DIX" với Gary Robinson (DEC), Phil Arst (Intel), Bob Printis (Xerox) đệ trình specification gọi "Blue Book" CSMA/CD với tư cách ứng viên cho specification mạng LAN Ngoài CSMA/CD, Token Ring (do IBM hỗ trợ) Token Bus (do General Motors chọn hỗ trợ từ sau) xem ứng viên cho tiêu chuẩn LAN Các đề án cạnh tranh mối quan tâm rộng giai đoạn đầu dẫn tới bất đồng lớn việc chọn cơng nghệ để tiêu chuẩn hóa Vào tháng 12 năm 1980, nhóm chia thành ba nhóm con, q trình tiêu chuẩn hóa tiến hành riêng rẽ cho đề án Vào tháng năm 1982, ECMA TC24 với thành viên doanh nghiệp đạt đồng thuận tiêu chuẩn dành cho CSMA/CD dựa nháp IEEE 802 Vì đề án DIX hồn thiện mặt kĩ tḥt hành động nhanh chóng ECMA góp phần định vào việc hịa giải ý kiến bất đồng bên IEEE, tiêu chuẩn IEEE 802.3 CSMA/CD phê chuẩn vào tháng 12 năm 1982 IEEE xuất tiêu chuẩn 802.3 dạng nháp vào năm 1983 dạng tiêu chuẩn vào năm 1985 1.1.4 Mơ hình OSI Hình 2-2 Mơ Hình OSI Trong mơ hình OSI Ethernet nằm vị trí Datalink Physical Dây mạng dây để truyền tải thông tin tiêu chuẩn Ethernet xếp vào lớp vật lý 1.1.1.1 Physical Layer ( lớp vật lý) Ở lớp vật lý, dây cáp phần thiếu hệ thống Ethernet, bật với độ thông dụng tốc độ truyền tải phản hồi đạt hiệu suất cao Dây kết nối Ethernet phục vụ nhiều tầng lớp lĩnh vực khác nhau, từ đời sống sinh hoạt đến công nghiệp, kỹ tḥt cơng kệ cao Vì Ethernet khởi động từ đầu năm 1970, tốc độ Ethernet truyền thống đạt tốc độ 10 megabit / giây (Mbps) Fast Ethernet cuối chuyển liệu lên tới 100 Mbps, sau bước tiến lớn công nghệ, Gigabit Ethernet ngày hỗ trợ tốc độ lên tới 1.000 Mbps Mặc dù giới hạn doanh nghiệp giới công nghệ, 10 Gigabit Ethernet với tốc độ lên đến 10.000 Mbps thực Là giao thức có dây, loại cáp Ethernet mà bạn sử dụng quan trọng Thông thường nhất, bạn thấy cáp Ethernet loại (hoặc CAT5) Những hỗ trợ truyền thống Fast Ethernet, loại 5e loại (CAT5e CAT6) cáp xử lý Gigabit 10 Gigabit Ethernet tương ứng Các cáp chạy từ modem kết nối modem-bộ định tuyến (được gọi cổng vào) tới cổng Ethernet thiết bị hỗ trợ trực tuyến bạn, máy tính, máy tính xách tay TV thơng minh loại cáp Ethernet sử dụng phổ biến người dùng:  Cáp CAT5E: Loại cáp có đặc điểm bị nhiễm chéo hỗ trợ truyền tín hiệu lên đến 1000Mbps  Cáp CAT6: CAT6 có nhiều đặc điểm tương tự cáp CAT5E có băng thông lên đến 250 MHz, gấp 2.5 lần so với CAT5E  Cáp CAT6A: Đây loại cáp tiên tiến Nó có vỏ bọc dày bên ngồi để hạn chế nhiễu, băng thông đạt 500 MHz gấp đơi CAT6 hỗ trợ truyền tín hiệu 1000Mbps khoảng cách 100m 1.1.1.1.1 Cấu tạo cáp mạng Hình 2-3 Cấu tạo dây cáp Hình 2-4 Lõi dây cáp 1.1.1.1.2 Tốc độ truyền tải đặc tính loại dây mạng 10 Hình 2-5 Tốc độ dây cáp 1.1.1.1.3 RJ45 RJ45 (Registered Jack 45) chuẩn đầu kết nối giữ dây phần cứng Hình 2-6 Jack RJ-45 11 Hình 2-7 Kiểu bấm dây Hình 2-8 Các loại đầu RJ-45 1.1.1.2 Datalink Layer (lớp liên kết) 1.1.1.1.4 MAC (Media Access Control) Media Access Control hay Medium Access Control (tiếng Anh, viết tắt:MAC) có nghĩa "điều khiển truy nhập môi trường") tầng con, phần tầng liên kết liệu mơ hình tầng OSI Tầng liên kết liệu (tầng nhì) chia thành tầng con: MAC nằm dưới, tần LLC MAC cung cấp chế đánh địa điều khiển truy nhập kênh (channel access), chế cho phép trạm cuối (terminal) nút mạng liên lạc với mạng, 12 điển hình mạng LAN MAN Giao thức MAC không cần thiết liên lạc điểm-tới-điểm song cơng (full-duplex) Tầng MAC hoạt động với vai trị giao diện tầng điều khiển liên kết lôgic LLC tầng vật lý mạng Tầng MAC cung cấp chế đánh địa gọi địa vật lý địa MAC Đây số cấp cách phân biệt cho card mạng, cho phép chuyển giao gói liệu tới đích mạng con, nghĩa mạng vật lý khơng có thiết bị định tuyến, ví dụ mạng Ethernet MAC - Media access control thường dùng từ đồng nghĩa với giao thức đa truy nhập (multiple access protocol), tầng MAC cung cấp giao thức chế điều khiển cần thiết cho phương pháp truy nhập kênh định (channel access method) Việc cho phép nhiều trạm kết nối tới môi trường vật lý dùng chung mơi trường Ví dụ môi trường vật lý dùng chung bus network, ring network, hub network, mạng không dây liên kết điểm-tới-điểm bán song công (half-duplex) Các địa MAC có chiều dài 6bytes, thường bao gồm ba loại: Unicast: Bit I/G bit có trọng số lớn octet có trọng số lớn gán Broadcast: Là địa tượng trưng cho tất thiết bị mạng LAN segment thờI điểm Địa có dạng 0xFFFF.FFFF.FFFF Multicast: Bit I/G gán Các tài liệu IEEE địa Ethernet với bit có trọng số lớn bên trái Tuy nhiên bên octet, bit nằm bên trái lại bit có trọng số thấp nhất; bit nằm bên phải gọi bit có trọng số lớn Nhiều tài liệu gọi dạng địa non-canonical Bất chấp thuật ngữ dùng, thứ tự bit bên octet quan trọng để hiểu ý nghĩa hai bit có trọng số lớn địa Ethernet: 13 The Individual/Group (I/G) bit: Nếu địa unicast, I/G=0, multicast hay broadcast, I/G=1 The Universal/Local (U/L) bit: bit = 0, địa vendor gán Nếu bit U/L=1: địa người quản trị dùng ghi đè lên giá trị nhà sản xuất gán Bit I/G địa MAC tượng trưng thiết bị đơn lẻ hay nhóm thiết bị Bit U/L địa cấu hình cục Ví dụ, địa multicast dùng IP Multicast bắt đầu 0x01005E Giá trị hex 01 chuyển sang dạng nhị phân 00000001, với giá trị bit most significant 1, xác nhận việc sử dụng bit I/G Như vậy, địa MAC cho ba trường hợp multicast/unicast/broadcast định dựa ý nghĩa vị trí số bit octet địa Ở cấp độ ccna, bạn cần nắm thơng tin địa mac chia thành hai phần, phần nhà sản xuất quy định, phần gọi OUI, IEEE quy định dành cho vendor 1.1.1.1.5 LLC (Logitic Link Control) Theo họ tiêu chuẩn IEEE 802, Logical Link Control (tiếng Anh, viết tắt: LLC, dịch nghĩa: Điều khiển liên kết lơgic) tầng phía tầng liên kết liệu mơ hình OSI Tầng LLC trùng với nhiều môi trường truyền vật lý khác (chẳng hạn Ethernet, token ring, WLAN) Tầng LLC chủ yếu quan tâm đến:  Ghép kênh (multiplexing) giao thức truyền qua tầng MAC (khi truyền) phân kênh (demultiplexing) chúng (khi nhận)  Theo yêu cầu, cung cấp chức điều khiển lưu lượng, phát gói tin bị bỏ (drop) truyền lại yêu cầu 14 Giao thức dùng mạng IEEE 802 số mạng không theo chuẩn IEEE 802 chẳng hạn FDDI cho LLC đặc tả chuẩn IEEE 802.2 Một số giao thức khơng thuộc chuẩn IEEE 802 coi chia thành tầng MAC LLC Ví dụ, HDLC đặc tả chức MAC (phân khung (framing) cho gói tin) LLC (ghép kênh giao thức, điều khiển lưu lượng, phát truyền lại gói tin bị bỏ), số giao thức chẳng hạn Cisco HDLC sử dụng kiểu phân khung kiểu HDLC (HDLClike packet framing) giao thức LLC riêng 1.1.5 PROFNET Profinet (thường viết thành PROFINET, từ viết tắt Process Field Net) tiêu chuẩn kỹ thuật công nghiệp để truyền liệu qua Ethernet công nghiệp, thiết kế để thu thập liệu từ điều khiển thiết bị hệ thống công nghiệp, với sức mạnh đặc biệt việc cung cấp liệu theo hạn chế thời gian chặt chẽ (theo thứ tự 1ms trở xuống) Tiêu chuẩn PROFIBUS & PROFINET International (PI), tổ chức ô có trụ sở Karlsruhe, Đức trì hỗ trợ 15 Hình 2-9 Profinet Giao diện với thiết bị ngoại vi PROFINET IO triển khai Nó xác định giao tiếp với thiết bị ngoại vi kết nối trường Cơ sở khái niệm thời gian thực xếp tầng PROFINET IO định nghĩa toàn trao đổi liệu điều khiển (được gọi "Bộ điều khiển IO") thiết bị (được gọi "Thiết bị IO"), chẩn đoán cài đặt tham số Bộ điều khiển IO thường PLC, DCS IPC; IO-Devices thay đổi: khối I / O, ổ đĩa, cảm biến truyền động PROFINET thiết kế để trao đổi liệu nhanh thiết bị trường dựa Ethernet theo mơ hình nhà cung cấp-người tiêu dùng Các thiết bị trường dòng PROFIBUS cấp tích hợp hệ thống PROFINET cách liền mạch thông qua IO-Proxy (đại diện hệ thống xe buýt cấp dưới) Nhà phát triển thiết bị triển khai PROFINET với điều khiển Ethernet thương mại Nó phù hợp để trao đổi liệu với thời gian chu kỳ bus vài ms Cấu hình Hệ thống IO tương tự PROFIBUS 16 Hình 2-10 Logo Profinet Các ứng dụng với PROFINET chia theo tiêu chuẩn quốc tế IEC 61784-2 thành ba lớp phù hợp:  Trong Conformance Class A (CC-A), thiết bị chứng nhận Một chứng nhà sản xuất đủ cho sở hạ tầng mạng Đây lý cáp có cấu trúc mạng cục không dây cho thuê bao di động sử dụng Các ứng dụng điển hình tìm thấy sở hạ tầng (ví dụ đường hầm đường cao tốc đường sắt) tự động hóa tịa nhà  Conformance Class B (CC-B) quy định sở hạ tầng mạng bao gồm sản phẩm chứng nhận cấu trúc theo hướng dẫn PROFINET IO Cáp bảo vệ tăng cường độ mạnh mẽ cơng tắc có chức quản lý tạo điều kiện cho chẩn đoán mạng cho phép cấu trúc liên kết mạng mong muốn để điều khiển dây chuyền sản xuất máy Tự động hóa q trình địi hỏi tăng tính sẵn sàng, đạt thơng qua phương tiện dự phịng hệ thống Để thiết bị tuân thủ Lớp B phù hợp, thiết bị phải giao tiếp thành cơng qua PROFINET RT, có hai cổng (cơng tắc tích hợp) hỗ trợ SNMP 17  Với Conformance Class C (CC-C), hệ thống định vị triển khai với việc đặt trước băng thơng bổ sung đồng hóa ứng dụng Thiết bị phù hợp với lớp C giao tiếp bổ sung qua PROFINET IRT  Kể từ PROFINET V2.4 (tháng năm 2019), Conformance Class (CCD) giới thiệu tương ứng với CC-B CC-C, ngoại trừ giao tiếp qua Ethernet Mạng nhạy cảm thời gian định Các công nghệ giao tiếp, bao gồm cấp độ:  TCP/IP cho liệu không quan trọng thời gian vận hành nhà máy với thời gian phản ứng phạm vi 100ms  Giao thức RT (Thời gian thực) cho ứng dụng PROFINET với tối đa thời gian chu kỳ 10ms  IRT (Isochronous Real-Time) cho ứng dụng PROFINET hệ thống ổ đĩa với chu kỳ thời gian 18 CHƯƠNG HỆ THỐNG PROFINET ĐIỀU KHIỂN ET-200 1.5 Chủ đề Thiết kế, xây dựng hệ thống điều khiển cổng tự động (gồm trung tâm điều khiển, cụm cổng tự động), sử dụng mạng Profinet (PLC-ET-200 Profinet) 1.6 Nguyên lý hoạt động Hệ thống điều khiển bao gồm CPU điều khiển, cảm biến hồng ngoại, cảm biến hành trình, module ET200s, hình HMI KTP 1500 comfort Khi có người đến, cảm biến hồng ngoại gửi tín hiệu ET200s sau ET200s gửi PLC chính, PLC trả tín hiệu lại ET200s cho chạy motor để mở cửa cửa chạy đến cảm biến hành trình rìa, người qua, hệ thống tiếp tục trình motor đảo chiều quay để đóng cửa đến chạm cơng tắc hành trình giữa, hình giám sát HMI liên tục cập nhật tình hình trình 1.7 Danh sách phần cứng STT THIẾT BỊ SỐ ĐƠN GIÁ Ghi 37.047.00 Điều trung tâm LƯỢNG PLC 1500 S7 - khiển ... Mạng truyền thông công nghiệp (Industrial Communication Network) hay mạng công nghiệp khái niệm chung hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp nhằm mục đích ghép nối thiết bị cơng nghiệp. .. ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP MẠNG TRUYỀN THÔNG PROFINET GVHD: TS TRẦN ĐỨC ANH MINH NHÓM THỰC HIỆN: THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH,... thông số cần thiết liên quan thông qua phần mềm TIA Portal Từ đưa đánh giá, kết luận hướng phát triển phục vụ cho công nghệ tương lai 5 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.3 Mạng truyền thông công nghiệp