Thiết kế môn học mạng truyền thông công nghiệp giới thiệu về plc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ MÔN HỌC MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP Nhóm - Tự Động Hóa – K60 Đinh Văn Hào 191601598 Nguyễn Quang Đạt 191614439 Nguyễn Huy Hoàng 191604172 Hồ Huy Hoàng 191604645 Đỗ Ngọc Thái 191603812 Nguyễn Gia Nam 191600721 Giảng viên hướng dẫn : TS.Võ Thanh Hà Hà Nội – 2022 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT I Tổng quát PLC Giới thiệu PLC PLC S7-1200 II Tổng quan PROFINET Giới thiệu PROFINET Ưu điểm PROFINET 3.Chức PROFINET 10 Ứng dụng PROFINET 10 III Tổng quan MODBUS 10 Giới thiệu MODBUS 10 Phân loại chuẩn MODBUS 11 Ứng dụng chuẩn MODBUS 12 CHƯƠNG 2: BÀI TẬP 13 I Bài lập trình kết nối 13 II Bài lập trình kết nối 38 III Bài thực hành mạng truyền thông 51 3.1 Thực hành kết nối mạng truyền thông Profinet 51 3.2 Thực hành kết nối mạng truyền thông Modbus RTU với FRE700 62 Tài liệu tham khảo 71 LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển mạnh mẽ ngành cơng nghiệp địi hỏi phải có cải tiến áp dụng công nghệ xây trình sản xuất nhằm nâng cao hiệu sản xuất Một giải pháp tốt nhất, áp dụng quy trình tự động hóa vào sản xuất Các dây chuyển sản xuất hoạt động độc lập mà cần phải có liên kết với tạo nên mơ hình thống Sự kết nối thiết bị cơng nghiệp với tạo thành hệ thống mạng gọi mạng công nghiệp Mang công nghiệp hay mạng truyền thông công nghiệp khái niệm hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, sử dụng để ghép nối thiết bị Việc lập trình kết nối thiết bị giúp tối ưu hóa hiệu làm việc giúp hệ thống có logic Và phổ biến kết nối lập trình kết nối PLC với CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT I Tổng quát PLC Giới thiệu PLC PLC (Programmable Logic Controller) thiết bị điều khiển lập trình, thiết kế chun dùng cơng nghiệp để điều khiển tiến trình xử lý từ đơn giản đến phức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà thực loạt chương trình kiện, kiện kích hoạt tác nhân kích thích (hay cịn gọi đầu vào) tác động vào PLC qua định thời (Timer) hay kiện đếm qua đếm Khi kiện kích hoạt bật ON, OFF phát chuỗi xung thiết bị bên gắn vào đầu PLC Như ta thay đổi chương trình cài đặt PLC ta thực chức khác nhau, môi trường điều khiển khác PLC S7-1200 2.1 Giới thiệu tổng quan PLC S7 – 1200 dịng PLC hãng SIEMENS, với tính bật đơn giản có độ xác cao PLC S7-1200 đời năm 2009 nhằm thay S7-200 Nó giới tự động hóa đánh giá cao u thích S7-1200 khắc phục nhược điểm S7-200 cách hồn hảo Dịng PLC Siemens S7 1200 thiết bị tự động hóa đơn giản có độ xác cao tốc độ xử lý nhanh Nó thiết kế dạng module nhỏ gọn, linh hoạt, phù hợp cho loạt ứng dụng PLC S7 1200 hãng Siemens có giao diện truyền thông mạnh mẽ đáp ứng tiêu chuẩn cao truyền thơng cơng nghiệp đầy đủ tính cơng nghệ mạnh mẽ tích hợp sẵn làm cho trở thành giải pháp tự động hóa hồn chỉnh toàn diện PLC S7-1200 Siemens thiết kế thêm nhiều tính tuyệt vời, từ khắc phục nhược điểm S7-200 trước 2.2 Các thành phần PLC S7-1200 PLC S7-1200 bao gồm thành phần sau: - điều khiển nhỏ gọn với phân loại phiên khác giống điều khiển AC, RELAY DC phạm vi rộng - mạch tương tự số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp CPU làm giảm chi phí sản phẩm - 13 module tín hiệu số tương tự khác bao gồm (module SM SB) - module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP - Bổ sung cổng Ethernet - Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC điện áp 24 VDC ① Bộ phận kết nối nguồn ② Các phận kết nối nối dây người dùng tháo (phía sau nắp che) ③Khe cắm thẻ nhớ nằm cửa phía ④Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp ⑤Bộ phận kết nối PROFINET (phía CPU) Cấu tạo điều khiển Siemens CPU S7-1200 Các module CPU khác có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, nhớ chương trình khác nhau… Các dịng PLC S7-1200: S7-1200 có dòng CPU 1211C, CPU 1212C CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C - PLC S7-1200 CPU 1211C có nhớ làm việc 50KB work memory Lưu ý không mở rộng modul I/O - PLC S7-1200 CPU 1212C có nhớ làm việc 75KB work memory - PLC S7-1200 CPU 1214C có nhớ làm việc 100KB work memory - PLC S7-1200 CPU 1215C có nhớ làm việc 125KB work memory - PLC S7-1200 CPU 1217C có nhớ làm việc 150KB work memory 2.3 Module mở rộng PLC S7-1200 PLC S7-1200 mở rộng module tín hiệu module gắn ngồi để mở rộng chức CPU Ngồi ra, cài đặt thêm module truyền thông để hỗ trợ giao thức truyền thông khác Khả mở rộng loại CPU tùy thuộc vào đặc tính, thơng số quy định nhà sản xuất S7-1200 có loại module mở rộng sau: - Communication modle (CM) - Signal board (SB): Signal Board kết nối trực tiếp với mặt trước CPU Chúng thường sử dụng không gian bị hạn chế cần thêm số lượng nhỏ đầu vào/đầu - Analog Module: Analog Module cung cấp tùy chọn để mở rộng sử dụng thêm AI, AO đầu vào / đầu tương tự tích hợp có 2.4 Tính bật PLC S7-1200 Cổng truyền thơng Profinet (Ethernet) tích hợp sẵn: - Dùng để kết nối máy tính, với hình HMI hay truyền thông PLC-PLC - Dùng kết nối với thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở - Đầu nối RJ45 với tính tự động chuyển đổi đấu chéo - Tốc độ truyền 10/100 Mbits/s - Hỗ trợ 16 kết nối ethernet - TCP/IP, ISO on TCP, S7 protocol Các tính đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển q trình: - đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho ứng dụng đếm đo lường, có đếm 100kHz đếm 30kHz - ngõ PTO 100kHz để điều khiển tốc độ vị trí động bước hay lái servo (servo drive) - Ngõ điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều khiển nhiệt độ… - 16 điều khiển PID với tính tự động xác định thông số điểu khiển (auto-tune functionality) Thiết kế linh hoạt: - Mở rộng tín hiệu vào/ra board tín hiệu mở rộng (signal board), gắn trực tiếp phía trước CPU, giúp mở rộng tín hiệu vào/ra mà khơng thay đổi kích thước hệ điều khiển - Mỗi CPU kết nối tối đa module mở rộng tín hiệu vào/ra - Ngõ vào analog 0-10V tích hợp CPU - module truyền thơng kết nối vào CPU mở rộng khả truyền thông, vd module RS232 hay RS485 - Card nhớ SIMATIC, dùng cần rộng nhớ cho CPU, copy chương trình ứng dụng hay cập nhật firmware - Chẩn đoán lỗi online / offline 2.5 Giao tiếp Cấu hình giao tiếp PLC S7-1200 S7-1200 hỗ trợ kết nối Profibus kết nối PTP (point to point) Giao tiếp Profinet với: - Các thiết bị lập trình - Thiết bị HMI - Các điều khiển SIMATIC khác Hỗ trợ giao thức kết nối: - TCP/IP - SIO-on-TCP - Giao tiếp với S7 2.6 Ứng dụng PLC S7-1200 PLC S7 1200 Siemens ứng dụng rộng rãi trong: - Hệ thống băng tải - Dây chuyền sản xuất thực phẩm - Dây chuyền xử lý nước thải - Máy móc ngành dược phẩm - Dây chuyền nhà máy bia, rượu, nước giải khát - Máy móc ngành in ấn, bao bì, ngành nhựa II Tổng quan PROFINET Giới thiệu PROFINET PROFINET chuẩn mở hệ thống tự động hóa (HTTĐH) dựa tảng Ethernet cơng nghiệp PROFINET cung cấp chức tự động phân phối, tích hợp thiết bị có sẵn, hoạt động điều hành, ứng dụng thời gian thực (như điều khiển chuyển động) Thêm vào việc sử dụng CNTT, việc bảo vệ đầu tư đóng vai trị quan trọng PROFINET PROFINET cho phép tích hợp hệ thống có sẵn PROFIBUS mà khơng cần thay đổi thiết bị khác hệ thống Điều đảm bảo việc đầu tư vào thiết bị khơng trở nên lãng phí việc khơng tương thích với Profinet đáp ứng tất yêu cầu mặt CNTT HTTĐH Toàn kinh nghiệm Profibus nhiều năm việc chuẩn hóa chuyển giao cho Profinet Việc sử dụng chuẩn mở, khả xử lý đơn giản, khả tích hợp nhiều hệ thống có sẵn định nghĩa từ đầu Profinet Profinet tích hợp IEC 61158 Một điểm mạnh Profinet có tầm nhìn dài hạn việc phát triển cơng nghệ Nhờ đó, chi phí phát sinh hệ thống máy móc q trình cài đặt, khởi động vận hành giảm xuống tối đa Điểm mạnh Profinet giúp cho việc mở rộng kết nối máy móc trở nên dễ dàng nhiều, đồng thời việc hoạt động hồn tồn độc lập, khơng phụ thuộc vào Những sản phẩm Profinet chứng nhận đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng cao từ tổ chức người dùng Profibus Profinet tiêu chuẩn tự động hóa Profibus Profinet quốc tế (PI) Profinet tương thích hồn tồn với chuẩn Ethernet IEEE.Với Profinet, yêu cầu tối thiểu truyền thông liệu cần thiết lập tự động sau: - 100 Mbps liệu dùng dây đồng hay cáp quang (100 Base TX 100 Base FX) - Chuyển mạch Ethernet - Tự động cân thơng số truyền - Switch có chức tự động gửi nhận - Kết nối không dây (Wlan Bluetooth) Profinet sử dụng giao thức UDP/IP cho lệnh giao tiếp liệu UDP có đặc tính không bảo mật, không bảo đảm tin cậy truyền broadcast kết hợp với IP Song song với việc sử dụng UDP/IP, vòng giao tiếp liệu Profinet dựa khái niệm thời gian thực có khả mở rộng Ưu điểm PROFINET Hiệu năng: Tự động hóa thời gian thực An tồn: truyền thơng đảm bảo an tồn Phân tích: Vận hành nhanh chóng khả xử lý cố hiệu Đầu tư hiệu quả: Tích hợp liền mạch hệ thống fieldbus 3.Chức PROFINET - Thiết bị thay mà khơng cần dùng đến cơng cụ ES - Khả mặt kỹ thuật - Các thông số thiết bị bảo vệ tách biệt không chịu ảnh hưởng thiết bị khác - Tạo sơ đồ top thiết bị - Quản lý thiết bị - Truyền tải liệu xác theo thời gian - Cung cấp hệ thống dự phòng - Dễ dàng thay thiết bị Ứng dụng PROFINET Mong muốn có tiêu chuẩn truyền thông mạng cho ngành cơng nghiệp, có khả chuẩn đốn rộng chức dịch vụ rộng khắp mạng lưới dẫn tới gia tăng việc sử dụng Ethernet công nghiệp Tổ chức PROFIBUS/PROFINET quốc tế (PI) cung cấp chuẩn truyền thơng tồn diện thơng qua Ethernet cơng nghiệp để đáp ứng yêu cầu: câu trả lời PROFINET Tổ chức PROFIBUS/PROFINET quốc tế phát triển chuẩn qua kinh nghiệm thu từ nhiều năm phát triển Profibus để thích hợp với Ethernet cơng nghiệp cho yêu cầu chuyên biệt công nghiệp Kết Profinet, chuẩn cơng nghiệp tồn diện dựa chuẩn Ethernet công nghiệp cho truyền thông mở, độc lập với nhà cung cấp PROFINET đáp ứng tất yêu cầu sử dụng Ethernet tất cấp độ ứng dụng tự động hóa Điều làm cho PROFINET trở nên linh hoạt, đáng tin cậy thiết thực môi trường công nghiệp III Tổng quan MODBUS Giới thiệu MODBUS MODBUS phương tiện truyền thông với nhiều thiết bị thông qua cặp dây xoắn đơn Ban đầu, hoạt động RS232, sau sử dụng cho RS485 để đạt tốc độ cao hơn, khoảng cách dài hơn, mạng đa điểm (multi-drop) 10 - Dùng lệnh MOVE để đưa liệu vào vùng nhớ MW10 - Tiếp theo khởi tạo lệnh GET 57 - Lựa chọn tham số kết nối, PLC thứ PLC thứ - Khai báo chân cho lệnh GET 58 - Dùng lệnh Move để out liệu HMI 59 - Lập trình Main cho PLC thứ 2, dùng lệnh Move để nhập liệu từ HMI - Thiết kế giao diện cho HMI 60 - Bắt đầu mô - Mô thành công, PLC thứ PLC thứ hai truyền thơng cho 61 3.2 Thực hành kết nối mạng truyền thông Modbus RTU với FRE700 - Add PLC vào chương trình - Scan để tìm phần cứng PLC 62 - Chọn block Startup để khởi động - Bắt đầu lập trình cho block Startup với Network 63 - Khởi tạo khối MB_COMM_LOAD - Khai báo chân cho khối MB_COMM_LOAD 64 - Lập trình network 2, dùng lệnh MOVE - Add khối DATA BLOCK 65 - Khai báo giá trị - Lập trình cho Main 66 - Add khối MB_MASTER Network - Khai báo chân để đọc ghi từ ghi 40009 67 - Lập trình Network - Add thêm khối MB_MASTER địa với Network để ghi xuống ghi 400009 68 - Lập trình Network để ghi xuống ghi 40014 - Tạo Watch Table để quan sát chương trình 69 - Download chương trình xuống thiết bị 70 Tài liệu tham khảo https://youtu.be/QXyxSHeaqMQ http://siemens-vietnam.vn/gioi-thieu-plc-s7-1200/ https://drive.google.com/file/d/1GifGPou7IRrOKxkhm01UV6G9hLlMpi6X/vi ew?usp=sharing https://drive.google.com/file/d/1Dx8rsHyFEbGIi0RN0V4FBkjpSfCW7_t/view?usp=sharing https://drive.google.com/file/d/1RyBEEWJpQUXYhMSGcSmKtt3MYb1YDS DG/view?usp=sharing 71 ... liên kết với tạo nên mơ hình thống Sự kết nối thiết bị cơng nghiệp với tạo thành hệ thống mạng gọi mạng công nghiệp Mang công nghiệp hay mạng truyền thông công nghiệp khái niệm hệ thống mạng truyền. .. kết nối PLC với CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT I Tổng quát PLC Giới thiệu PLC PLC (Programmable Logic Controller) thiết bị điều khiển lập trình, thiết kế chuyên dùng công nghiệp để điều khiển tiến... - Thiết lập HMI - Kết nối PLC với HMI 48 - Thiết lập giao diện HMI - Mô chưa chạy 49 - Mô chạy 50 III Bài thực hành mạng truyền thông 3.1 Thực hành kết nối mạng truyền thông Profinet - Add PLC