ĐỀ tài THIẾT kế hệ THỐNG MẠNG CÔNG NGHIỆP điều KHIỂN GIÁM sát các cụm đèn GIAO THÔNG TRÊN TOÀN TUYẾN PHỐ TRẦN DUY HƯNG

Mục tiêu

Xây dựng hệ thống mạng công nghiệp điều khiển, giám sát các cụm đèn giao thông.Tính toán, lựa chọn mạng, các thiết bị điều khiển, đấu nối cho toàn hệ thống.Thiết kế mô phỏng toàn bộ hệ thống trên HMI, truyền dữ liệu giữa các Module điều khiển.

Kết quả nghiên cứu

Đã biết áp dụng các kiến thức đã học từ các môn học để xây dựng hệ thống giám sát, điều khiển đèn giao thông trên toàn tuyến phố Trần Duy Hưng. Đã biết tính toán, chọn lựa mạng truyền thông phù hợp, các Module điều khiển, các thiết bị đấu nối, truyền thông cho toàn hệ thống. Đã lập trình hệ thống mạng để điều khiển truyền thông và mô phỏng bằng HMI cho hệ thống trên phần mền TIA PORTAL V16.1.

Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, kĩ thuật công nghệ và khả năng áp dụng của đề tài

Thay thế các bảng mạch điện tử đang được sử dụng điều khiển các cụm đèn giao thông trên các tuyến phố.

Có thể điều khiển, giám sát các cụm đèn trên cùng một tuyến phố qua một màn hình cảm ứng một cách hiệu quả.

Luôn ổn định, hoạt động linh hoạt, dễ dàng sữa chữa, cài đặt và bảo trì bảo dưỡng.

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH VỀ BÀI TẬP THIẾT KẾ MÔN HỌC Đối với các hệ thống điều khiển tự động hóa ngày nay, thì việc truyền thông giữa các thiết bị đang đóng một vai trò vô cùng quan trọng, giúp các công ty có thể giải quyết được bài toán điều khiển, giám sát từ xa thay bằng các phương pháp thủ công, kém hiệu quả.

Với đề tài “Thiết kế hệ thống mạng công nghiệp điều khiển, giám sát các cụm đèn giao thông trên toàn tuyến phố Trần Duy Hưng” sẽ giúp cho toàn bộ hệ thống đèn tín hiệu trên tuyến phố hoạt động ổn định, chính xác hơn và có thể tự động sửa lỗi, chuyển sang phương án dự phòng khi gặp lỗi Việc thiết kế hệ thống mạng công nghiệp điều khiển, giám sát các cụm đèn giao thông có thể giúp cho Ban quản lý hạ tầng giao thông đường bộ kiểm soát các cụm đèn trên cùng tuyến phố qua một màn hình HMI và cài đặt thời gian tín hiệu đèn, điều khiển, bảo trì, bảo dưỡng dễ dàng, linh hoạt.

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và lượng dân cư đông đúc Nhu cầu đi lại, vận chuyển cũng tăng lên nhanh chóng đi kèm theo nó là bài toán tắc nghẽn ùn tắc giao thông Ùn tắc giao thông gây thiệt hại không nhỏ cho sự phát triển kinh tế quốc gia, giảm hiệu suất lao động và tăng các chi phí không cần thiết trong quá trình sản xuất Trong bối cảnh kinh tế lạm phát và khó khăn như hiện nay, lãng phí trong giao thông lại đặt thêm một gánh nặng đối với đời sống kinh tế của người dân Nguyên nhân của vấn đề này một phần là do cơ sở hạ tầng chưa đáp ứng được nhu cầu lưu thông hiện nay, một phần là do việc phân chia, định thời gian của hệ thống đèn giao thông hiện tại ở các giao lộ chưa hợp lý khiến cho số lượng phương tiện giao thông bị ùn tắc theo thời gian rồi dẫn đến tắc nghẽn giao thông Qua thực trạng đó, nhóm muốn xây dựng một hệ thống điều thiết giao thông tự động, phân luồng trực tiếp và hiệu quả hơn phần nào đó giảm bớt tình trạng ùn tắc giao thông Đồng thời tiêu tiếp cận, bổ sung các kiến thức mới, cũng như củng cố lại những kỹ năng kiến thức trong suốt quá trình học tập tại trường Do đó, em thực hiện chọn đề tài “Thiết kế hệ thống mạng công nghiệp điều khiển, giám sát các cụm đèn giao thông trên toàn tuyến phố TrầnDuy Hưng” để có thể giải quyết bài toán nan giải trong việc điều khiển, giám sát hệ thống tín hiệu đèn và lưu lượng đi lại trong các giờ cao điểm.

6 Cũng từ đề tài, có thể giúp chúng em đánh giá được khả năng tích lũy kiến thức từ các môn học và áp dụng kiến thức vào thực tế, nắm vững được kiến thức chuyên ngành, áp dụng linh hoạt vào công việc sau này

Khảo sát tuyến phố và lưu lượng giao thông trên tuyến phố Trần Duy Hưng. Xây dựng giải pháp, phát thảo nội dung thiết kế cho toàn hệ thống.

Tính toán và lựa chọn mạng truyền thông, thiết bị đấu nối, module điều khiển, giám sát cho toàn hệ thống.

Thiết kế Topoloy mạng, cài đặt cấu hình mạng lập trình chương trình điều khiển, giám sát cho toàn hệ thống trên phần mềm TIA PORTAL V16.1.

Kiểm tra, tinh chỉnh hoàn thiện và mô phỏng hệ thống.

Thực hiện báo cáo. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Hệ thống đèn tín hiệu giao thông trên tuyến phố Trần Duy Hưng.

Mạng truyền thông công nghiệp, Module điều khiển, thiết bị truyền dẫn.

Hệ giám sát SCADA, mô phỏng trên HMI.

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG TRÊN TUYẾN PHỐ TRẦN DUY HƯNG VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP THIẾT KẾ MẠNG

Sơ lược về hệ thống tín hiệu đèn giao thông trên tuyến phố Trần Duy Hưng

1.1.1 Khảo sát tuyến phố Trần Duy Hưng.

− Trên bản đồ địa lý Thành phố Hà Nội, phố Trần Duy Hưng có chiều dài khoảng 1,6km về phía Đông Nam thuộc phường Trung Hoà, quận Cầu Giấy Đường Trần Duy Hưng là một phần của nút giao bốn con đường lớn Phía Đông Bắc giáp với phố Đường Láng và đường Nguyễn Chí Thanh Còn phía Tây Nam giao với hai tuyến phố Khuất Duy Tiến và phố Phạm Hùng.

− Ngoài ra, phố Trần Duy Hưng còn cắt ngang các con phố khác trên bản đồ như phố Trung Kính, phố Hoàng Minh Giám Mặt khác, nó còn được biết đến như là một cửa ngõ thênh thang, nối từ cửa ngõ phía Tây ra đại lộ Láng - Hòa Lạc.

− Khu vực phố Trần Duy Hưng thuộc quận Cầu Giấy còn là nơi hội tụ của nhiều địa danh và công trình lớn của Thành phố Hà Nội Tiêu biểu là Trung tâm hội nghị quốc gia, Siêu thị Big C, Sân vận động Quốc gia Mỹ Đình và một số công trình khác.

− Chính vì thế, tuyến phố Trần Duy Hưng có lưu lượng phương tiện di chuyển đông đúc, tấp nập và thường có hiện tượng ùn tắc kéo dài vào thời gian cao điểm Để giải quyết bài toán ùn tắc và điều khiển lưu lượng xe cộ đi lại, Ban quản lý hạ

8 tầng đường bộ Thành phố Hà Nội đã lắp đặt 4 nút đèn tín hiệu giao thông bao gồm 3 ngã tư và 1 ngã ba trên toàn tuyến phố:

• Nút 1: Nút giao thông Trần Duy Hưng - Đường Láng.

• Nút 2: Nút giao thông Trần Duy Hưng - Hoàng Đạo Thúy

• Nút 3: Nút giao thông Trần Duy Hưng - Nguyễn Chánh & Hoàng Minh Giám

• Nút 4: Nút giao thông Trần Duy Hưng – Khuất Duy Tiến & Phạm Hùng

1.1.2 Cơ chế hoạt động của các nút tín hiệu đèn trên tuyến phố.

STT Chiều dài từ nút giao thông Khoảng cách L (m)

❖ Cấu tạo của hệ thống đèn giao thông:

Hệ thống đèn giao thông hay là đèn điều khiển giao thông gồm hai cột đèn chính được lắp đặt tại hai đầu của hai làn đường khác nhau ở ngã tư Mỗi một cột đèn gồm 6 đèn đó là 3 đèn chính gồm: đèn xanh, đèn đỏ và đèn đỏ; 2 đèn phụ là 2 đèn dùng điều khiển làn đường dành cho người đi bộ: đèn xanh người đi bộ và đèn đỏ người đi bộ.Ngoài ra, mỗi một hệ thống đèn có một tủ điều khiển từ đó sẽ phát ra tín hiệu điều khiển đèn Hiện nay, người ta thường sử dụng các Board mạch Vi xử lý và Role để điều khiển tín hiệu đèn giao thông.

❖ Cơ chế hoạt động của đèn giao thông:

Cơ chế hoạt động của đèn giao thông thật ra rất đơn giản: Khi đèn xanh của làn đường 1(đx1) được bật sáng thì cùng lúc đó đèn đỏ của làn đường 2 (đđ2), đèn đỏ cho người đi bộ ở làn đường 1(đđn1), đèn xanh người đi bộ làn đường 2 (đxn2) cũng được bật sáng Sau một khoảng thời gian nhất định, đèn xanh của làn đường 1(đx1) tắt, đèn vàng 1(đv1) được bật lên Khi đèn vàng 1(đv1) tắt thì đèn đỏ của làn đường 2 (đđ2),đèn đỏ cho người đi bộ ở làn đường 1(đđn1), đèn xanh người đi bộ làn đường 2 (đxn2) mới tắt cùng lúc đó đèn xanh 2 (đx2), đèn đỏ 1(đđ1), đèn đỏ cho người đi bộ 2(đđn2),đèn xanh cho người đi bộ 1(đxn1) được bật sáng Sau đó chu kì được lặp lại.

Đánh giá và lựa chọn giải pháp Mạng cho hệ thống

1.2.1 Lựa chọn giải pháp mạng.

Như trong phần khảo sát tuyến đường Trần Duy Hưng, ta nhận thấy tuyến đường có chiều dài khoảng 1,6km và bao gồm 4 nút tín hiệu đèn giao thông Để có thể đáp ứng hiệu quả trong quá trình điều khiển và giám sát hệ thống tín hiệu trên toàn tuyến đường, chúng em xin lựa chọn sử dụng mạng truyền thông Frofinet bởi các lý do sau :

− Mạng Profinet là một trong bốn giao thức của mạng Industrial Ethernet mà chúng em đã tìm hiểu và nghiên cứu trong quá trình học môn Mạng truyền thông công nghiệp

− Do mạng Frofinet không quy định về giới hạn số lượng trạm tối đa Số trạm phụ thuộc nhiều vào cấu trúc mạng, cáp truyền, và đặc tính điện học của bộ thu phát Chiều dài của mạng có thể mở rộng 150km đối với cáp quang và 5km đối với cắp xoắn phù hợp với chiều dài của tuyến đường Trần Duy Hưng 1,6km với số nút giao chỉ có 4.

− Mạng Frofinet hoàn toàn sử dụng tất cả các khả năng ưu việt do Ethernet và

Frofibus công nghiệp cung cấp như : chạy chế độ Full – duplex, truyền thông I/

O tốc độ cao, an toàn dữ liệu và hỗ trợ chuẩn đoán.

❖ Khái niệm về mạng FROFINET.

Profinet (thường được viết thành là PROFINET, như một từ viết tắt của ProcessField Net) là một tiêu chuẩn kỹ thuật công nghiệp để truyền dữ liệu qua Ethernet công nghiệp, được thiết kế để thu thập dữ liệu từ và điều khiển thiết bị trong các hệ thống công nghiệp, với sức mạnh đặc biệt trong việc cung cấp dữ liệu theo hạn chế thời gian chặt chẽ (theo thứ tự 1ms trở xuống) Tiêu chuẩn này được PROFIBUS & PROFINETInternational (PI), một tổ chức có trụ sở tại Karlsruhe, Đức duy trì và hỗ trợ.

Frofinet là một trong bốn giao thức của mạng truyền thông công nghiệp Industrial Ethernet và được hoàn toàn sử dụng tất cả các khả năng ưu việt do Ethernet và Frofibus công nghiệp.

Theo như khảo sát của SIEMENS, năm 2010 có khoảng 2500 thiết bị kết nối FROFINET Nhưng đến năm 2014, con số đã tăng lên 10000 thiết bị với 150 trạm điều khiển và vẫn đang được tiếp tục phát triển

FROFINET và FROFIsafe được sử dụng trong hầu hết tất cả các hệ thống điều khiển công nghiệp do đảm bảo chất lượng dữ liệu và tính thời gian thực (realtime) trên cùng một cáp kết nối.

❖ Cáp và Jack kết nối.

Khác với mạng FROFIBUS sử dụng chuẩn truyền RS485, thì FROFINET sử dụng chuẩn truyền theo tiêu chuẩn mạng Ethernet : 100 Base-TX, 100 Base-FX.

Cáp kết nối có hai dạng : Cáp quang và cắp cặp xoắn (đồng) 4 dây.

Jack kết nối bao gồm : 100 Base-FX, 1000 Base SX, 1000 Base LX và RJ45.

Jack đầu nối 100 Base FX

Jack đầu nối 1000 Base SX and 1000 Base LX

Kiểu truyền: truyền theo chế độ Full – duplex.

❖ Tốc độ truyền và chiều dài mạng.

Tốc độ truyền của PROFINET có thể khác nhau trong các hệ thống khác nhau nhưng trong một hệ thống cho trước thì tốc độ truyền đồng nhất và cố định lên đến

100Mbps – FULL DUPLEX Tốc độ truyền còn tùy thuộc vào chiều dài đường truyền, giới hạn về khoảng cách dây với 100m/cáp đồng.

Ta có bảng so sánh tốc độ truyền và chiều dài mạng trên các dây mạng:

Mạng cặp xoắn Mạng cáp quang

Tính phù hợp với tốc độ truyền tải Từng phần cao

Tối đa Mở rộng 5000m Upto 150Km 1000m /segment mạng

(indoor) cách giữa hai 100 PCF

100m/segment mạng 3000m Đa chế độ (outdoor Điểm giao Chế độ đơn 15km

Tối đa Kết nối 50m POF chiều dài cáp 100 PCF

3000m Đa chế độ Chế độ đơn 15km

Lắp ráp tại chỗ Không có công cụ Với công cụ đặc Chuyên gia đặc biệt biệt

Cấu trúc mạng dự phòng

Sử dụng khác nhau Tần suất (2,4Ghz / 5Ghz)

Các kiểu cấu trúc mạng: Line, Star, Ring.

Kết nối không dây Wireless là ưu điểm lớn nhất của mạng Profinet.

❖ Số trạm trên đường truyền mạng.

Mạng Profinet không quy định về giới hạn số lượng trạm tối đa Số trạm phụ thuộc nhiều vào cấu trúc mạng, cáp truyền, và đặc tính điện học của bộ thu phát Thông thường hạn chế Có thể sử dụng bộ lặp (repeater) để mở rộng số trạm tuy nhiên sẽ làm giảm tốc độ dữ liệu.

❖ Mã hóa tín hiệu truyền.

Trước khi được chuyển đổi thành tín hiệu trên đường truyền, Profinet sử dụng phương pháp :

− Nhồi bit (bit stuffing) : Sau năm bit liên tục giống nhau, bộ phát tự động bổ sung một bit nghịch đảo vào cuối Bên nhận sẽ phát hiện ra bit được nhồi và tái tạo thông tin ban đầu.

− Mã hóa bit: NRZ-I- Non return to zero invert:

+ Bít 0 tương ứng với không chuyển mức ở đầu thời gian bít

+ Bít 1 tương ứng với chuyển mức ở đầu thời gian bít

+ Là một phương pháp điều chế vi sai :

• 0 và 1 tương ứng với chuyển mức, không phải với mức giá trị.

• Tin cậy/đơn giản hơn ủiều chế theo mức.

• Không phụ thuộc vào cực của tín hiệu.

− Phương pháp truy cập đường truyền

PROFINET sử dụng phương pháp truy cập Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection (CSMA/CA) Trước khi gửi thông điệp, nút PROFINET sẽ kiểm tra xem bus có bận không Nó cũng sử dụng để phát hiện khả năng trùng lặp.

− Nguyên tắc truyền của PROFINET :

Trước và sau khi gửi thông điệp, nút PROFINET sẽ kiểm tra xem bus có bận không

17 Thông điệp được gắn nhãn bởi một số nhận dạng (ID) là duy nhất trên toàn mạng Tất cả các nút khác trên mạng đều nhận được thông điệp và mỗi nút thực hiện kiểm tra sự chấp nhận trên mã ID để xác định xem thông điệp có liên quan đến nút đó hay không. Nếu thông điệp có liên quan, nó sẽ được xử lý, nếu không thì nó bị bỏ qua.

ID là duy nhất và cũng để xác định mức độ ưu tiên của thông điệp Giá trị số của mã ID càng thấp thì mức độ ưu tiên càng cao Điều này cho phép phân xử nếu hai (hoặc nhiều) nút cạnh tranh để truy cập vào bus cùng một lúc.

Thông điệp có mức độ ưu tiên cao hơn được đảm bảo có được quyền truy cập bus như thể nó là thông điệp duy nhất được truyền đi Các thông điệp có mức ưu tiên thấp hơn sẽ tự động được truyền lại trong chu kỳ bus tiếp theo.

+ Khung dữ liệu (MAC Frame)

Preamble: Để đồng bộ hóa các xung đồng hồ của văn phòng

SFD (Start Frame Bắt đầu mẫu cho đầu khung Delimiter):

Destination/ Địa chỉ nguồn / đích Ethernet (MAC) source address

Length : Số byte trong trường dữ liệu

Type: Loại giao thức của lớp cấp cao hơn (ví dụ :IPv4 0x0800)

+ Cấu trúc của PROFINET TELEGRAM.

• Định dạng điện tín chuẩn hóa theo IEEE 802.3.

• Loại Ether theo IEEE cho PROFINET điện báo thời gian thực.

+ Truyền thông – TCP/IP và đóng gói.

• PROFINET sử dụng cấu trúc chuẩn của các gói tin Ethernet.

• TCP/IP là một giao thức mạng.

• TCP: Giao thức kiểm soát truyền tải, để vận chuyển dữ liệu an toàn.

• IP: Giao thức Internet, để gửi dữ liệu qua các phân đoạn mạng.

• Khai báo quan trọng nhất là địa chỉ IP.

• Các phương pháp kiểm tra:

- Theo dõi mức tín hiệu truyền đi và so sánh với tín hiệu nhận được trên bus

- Kiểm soát lỗi CRC: Bộ nhận tính toán lại chuỗi CRC rồi so sánh với chuỗi CRC của bộ truyền Nếu khác nhau là lỗi.

- Thực hiện nhồi bit (Bit Stuffing): nhồi một bit nghịch đảo sau 5 bit giống nhau

- Kiểm soát khung thông báo

• Hiệu quả bảo toàn dữ liệu:

- Phát hiện tất cả các lỗi toàn cục

- Phát hiện các lỗi cục bộ tại trạm phát

- Phát hiện tới 5 bit phân bố ngẫu nhiên trong 1 bức điện

- Phát hiện các lỗi đột ngột có chiều dài nhở hơn 15 bit trong 1 thông báo

- Phát hiện các lỗi có số bit lỗi là chẵn.

❖ Bảng so sánh giữa mạng PROFIBUS và PROFINET.

TÌM HIỂU THIẾT BỊ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM TRONG MẠNG

2.1 Các thiết bị phần cứng.

2.1.1 Module điều khiển và truyền thông. Để thuận tiện cho việc triển khai Mạng trên Phòng thí nghiệm, chúng em lựa chọn và sử dụng Module PLC S7-1200 do SIMEMS sản xuất (do trên phòng thí nghiệm có sẵn) để điều khiển và truyền thông cho mạng Profinet Mỗi trạm đèn, chúng em thiết kế một PLC để điều khiển tín hiệu đèn

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200.

So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:

S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200 S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO) Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:

− Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC

− Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình

S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.

21 Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 11 của Siemens.

− Thông số kĩ thuật của Module:

+ Bộ nhớ làm việc 125 KB

+ DQ10 x relay và AI2, AQ2 trên bo mạch

+ 6 bộ đếm tốc độ cao và 4 đầu ra xung trên bo mạch

+ Bảng tín hiệu mở rộng I/O trên bo mạch

+ Tối đa 3 mô-đun giao tiếp cho giao tiếp nối tiếp, lên đến 8 mô-đun tín hiệu để mở rộng I/O

+ Bộ điều khiển IO PROFINET, 2 cổng, thiết bị I, giao thức truyền tải TCP / IP, giao tiếp người dùng mở an toàn, giao tiếp S7, máy chủ web, OPC UA: Server DA.

Giới thiệu tổng quan về HMI

+ Là thành phần của phần mềm ứng dụng HMI được xây dựng trên công cụ phần mềm phát triển HMI và được nạp xuống thiết bị để chạy.

+ Là nơi chứa đựng các đối tượng (Object), các biến số (tags), các chương trình dạng ngữ cảnh (script).

− Thẻ liên kết: Biến số (Tags)

+ Gồm các biến số nội tại bên trong hệ điều hành thiết bị HMI, dùng để làm các biến số trung gian cho quá trình tính toán, các biến số quá trình trong các thiết bị trên mạng điều khiển: trong PLC, trong thiết bị đo lường thông minh, trong các thiết bị nhúng nà controller khác…

+ Thẻ Tags là đối tượng trung gian để liên kết HMI và PLC.

− Kiểu biến: kiểu biến số (Tag type/Data type ):

+ String: abc. Để giám sát được các trạm tín hiệu đèn giao thông, chúng em sử dụng một màn hình HMI 9inch được lắp tại tủ điện tại nút giao Hoàng Đạo Thúy để dễ dàng theo dõi,điều chỉnh sự hoạt động của các đèn.

Màn hình HMI 6AV2124-0JC01-0AX0 SIMATIC TP900 Comfort Panel 9-inch Color Touch

− Bảng điều khiển tiện nghi SIMATIC TP900 của Siemens 6AV2 124-0JC-0-0/PPI), cổng giao diện Ethernet 2 x 10/100 Mbit/s (IE/EIP/PROFINET/

MODBUS), cổng 2 x USB 2.0, cổng 1 x USB Mini-B, 2 x khe cắm thẻ SD, dòng âm thanh cổng IN/OUT, LCD LCD 800×480 với 16777216 màu sắc Hệ điều hành Windows CE 6.0, có thể định cấu hình với WinCC Comfort v11 trở lên

− Màn hình cảm ứng

2.2 Cấu hình và lập trình mạng.

2.2.1 Cấu hình. Để truyền thông giữa các trạm với nhau, ta sử dụng các lệnh S7 Communication trên phần mềm TIA PORTAL Đối với tập lệnh S7 Communication đã bao gồm nhiều lệnh kết nối tương thức với các cấu hình mạng như: FROFINET/IE, Mobus TCP, Mobus RTU, …

S7 Communication là một phương thức truyền thông dành cho các PLC của hãng Siemens Vì vậy chỉ những PLC thuộc hãng Siemens mới có thể giao tiếp được với nhau thông qua chuẩn này S7 Communication gồm có các cặp lệnh truyền nhậnBSEND/BRCV, USEND/URCV và PUT/GET.

Các lệnh truyền thông trong S7 Communication không phụ thuộc vào kiểu kết nối vật lý Chúng ta có thể dùng cáp Profinet/IE, Profibus hoặc MPI đều có thể dùng được và cấu hình giống như nhau.

Trong đó, PUT/GET là kiểu cấu hình đơn phương, chúng chỉ cần cấu hình trên 1 thiết bị Còn BSEND/BRCV và USEND/URCV là cấu hình song phương Chúng ta phải cấu hình trên cả 2 thiết bị mới có thể truyền nhận được.

Trong đề tài, em lựa chọn cấu trúc mạng Line gồm 4 tram PLC ứng với trạm đèn tín hiệu và 1 màn hình HMI để giám sát, theo dõi, điều khiển tín hiệu đèn Trong đó trạm tín hiệu đèn tại nút giao Hoàng Đạo Thúy có vai trò là Master có chức năng điều khiển truyền dữ, giám sát các trạm còn lại qua màn HMI Chính vì thế, em lựa chọn cặp lệnh truyền thông PUT/GET để truyền thông giữa các trạm PLC với nhau do truyền lượng data giữa các trạm là rất nhỏ và cấu hình đơn phương truyền dữ liệu điều khiển từ trạm Master xuống trạm Slave.

❖ Các thông số trong cặp lệnh PUT/GET

− Về nguyên lý, lệnh PUT/GET sẽ được lập trình trên 1 PLC Vì vậy em sẽ xem xét PLC nào chủ động thì sẽ lập trình PUT/GET trên PLC đấy.

Ta có sơ đồ kết nối như sau: PLC local sẽ lấy dữ liệu trong DB1 gửi sang và ghi vào DB2 của PLC partner.

Khi đó, lệnh PUT sẽ có các ngõ vào ra như sau:

Trong đó chi tiết các thông số:

Các bạn lưu ý là ID có kiểu Word và dạng số Hex Vì vậy chúng ta phải ghi dưới dạng W#16#ID.

Trong đó: a: chỉ số của DB; x, y: chỉ số của bit bắt đầu dãy ô nhớ n: số byte sẽ truyền/nhận

Tương tự như vậy, ta có sơ đồ kết nối như sau: PLC local sẽ lấy dữ liệu từ DB3 gửi sang và lưu vào DB2 của mình (PLC Local).

Khi đó, lệnh GET sẽ có các ngõ vào ra như sau:

Trong đó chi tiết các thông số:

❖ Lưu ý khi thực hiện lệnh PUT/GET

THIẾT KẾ, CẤU HÌNH, LẬP TRÌNH TTCN CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG

ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT TÍN HIỆU ĐÈN GIAO

THÔNG 3.1 Cấu trúc, sơ đồ khối các trạm trong hệ thống mạng.

− Master là trạm điều khiển cho cụm đèn giao thông nút Hoàng Đạo Thúy

− Slave là trạm điều khiển cho cụm đèn giao thông nút Láng - Trần Duy Hưng.

− Slave 1 là trạm điều khiển cho cụm đèn giao thông nút Big C - Trần Duy Hưng.

− Slave 2 là trạm điều khiển cho cụm đèn giao thông nút Phạm Hùng - Trần Duy

− HMI là màn hình điều khiển, giám sát của cả bốn trạm và được đặt tại nút Hoàng Đạo Thúy.

3.2 Lựa chọn các thành phần thiết bị, Module cho hệ thống mạng.

Gồm có tất cả bốn Module PLC S7-1200 CPU 1215 AC/DC/RL và 1 màn hình HMI 9-inch Comfort như đã đề đạt ở phần 2.2.1.

Do địa bàn tuyến đường Trần Duy Hưng đông đúc và lưu lượng xe lưu thông tấp nập hằng ngày, chính vì thế chúng em lựa chọn cáp cặp xoắn đồng 4 dây do Siemens

AG sản xuất để phù hợp với môi trường, chịu được nắng mưa, va chạm, bụi bẩn nếu phải kéo cáp chôn xuống lòng đất.

− Mã sản xuất: 6XV1840-2AH10

− Hãng sản xuất: Siemens AG

− Cáp Ethernet FC TP tiêu chuẩn công nghiệp, GP 2 × 2 (PROFINET Loại A), cáp cài đặt TP để kết nối với IE FC RJ45 2 × 2, để sử dụng phổ biến, CAT 5E 4 lõi

− Gồm 3 lớp bảo vệ: lớp lưới nhôm chống nhiễu, lớp lá nhôm giúp bảo vệ và lớp

3.2.3 Jack kết nối. Để có thể truyền thông giữa các Module, ta cần sử dụng các Jack kết nối vật lý giữa các thiết bị lại với nhau Để phù hợp với dây cáp cặp xoắn đã lựa trên bên trên, chúng em lựa chon Jack kết nối - Đầu cắm Ethernet FastConnect RJ45 do SIMEMS AG sản xuất

− Mã sản xuất: 6GK1901-1BB10-2AA0.

− Hãng sản xuất: Siemens AG

− Đầu cắm Ethernet FastConnect RJ45 công nghiệp 180 2x 2 đầu nối phích cắm RJ45 (10/100 Mbit / s)

− Vỏ bọc kim loại chắc chắn và hệ thống kết nối FC, dành cho Cáp IE FC 2x 2

3.3 Cấu hình hệ thống mạng.

❖ Cấu hình địa chỉ mạng cho Master.

❖ Cấu hình địa chỉ mạng cho Slave.

❖ Cấu hình địa chỉ mạng cho HMI TP900 Comfort.37

❖ Cấu hình địa chỉ mạng cho Slave1.

❖ Cấu hình địa chỉ mạng cho Slave2.

3.5 Lập trình trao đổi dữ liệu trong mạng.

❖ Lập trình chương trình PLC Master:

❖ Chương trình trên PLC Slave: