Bài giảng thực hành kỹ thuật truyền thông công nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG KHOA CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HĨA - - Nhóm tác giả biên soạn Đỗ Thị Mai - CB Nguyễn Ngọc Ánh Hoàng Thị Thương BÀI GIẢNG THỰC HÀNH KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP (Tài liệu lưu hành nội bộ) Thái Nguyên, tháng 01 - 2020 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG KHOA CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HĨA - - BÀI GIẢNG THỰC HÀNH KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP Duyệt Khoa Duyệt Bộ môn Tác giả biên soạn (ký ghi rõ họ tên) (ký ghi rõ họ tên) (ký ghi rõ họ tên) Thái Nguyên, tháng 01 - 2020 MỤC LỤC MỤC LỤC BÀI THỰC HÀNH SỐ 1: CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG MẠNG I Mục tiêu II Cơ sở lý thuyết III Thiết bị thực hành .18 IV Phần mềm sử dụng 18 V Thực hành/thí nghiệm 19 VI Luyện tập thực hành 19 VII Báo cáo thực hành 19 BÀI THỰC HÀNH SỐ 2: GHÉP NỐI PLC S7.300 VỚI PC QUA MPI .20 I Mục tiêu 20 II Cơ sở lý thuyết 20 III Thiết bị thực hành .20 IV Phần mềm sử dụng 20 V Thực hành/thí nghiệm 20 VI Luyện tập thực hành 25 VII Báo cáo thực hành 27 BÀI THỰC HÀNH SỐ : GHÉP NỐI PLC S7.1200 – PC QUA ETHERNET 28 I Mục tiêu 28 II Cơ sở lý thuyết 28 III Thiết bị thực hành .28 IV Phần mềm sử dụng 28 V Thực hành/thí nghiệm 28 VI Luyện tập thực hành 33 VII Báo cáo thực hành 34 BÀI THỰC HÀNH SỐ : GHÉP NỐI PLC S7.1200 – PLC S7.1200 – PC 35 I Mục tiêu 35 II Cơ sở lý thuyết 35 III Thiết bị thực hành .35 IV Phần mềm sử dụng 35 V Thực hành/thí nghiệm 35 VI Luyện tập thực hành 41 VII Báo cáo thực hành 41 BÀI THỰC HÀNH SỐ : GHÉP NỐI HMI – PLC S7.1200 – PC 42 I Mục tiêu 42 II Cơ sở lý thuyết 42 III Thiết bị thực hành .42 IV Phần mềm sử dụng 43 V Thực hành/thí nghiệm 43 VI Luyện tập thực hành 51 VII Báo cáo thực hành 52 BÀI THỰC HÀNH SỐ : GHÉP NỐI PLC S7.300 – EM200M (PROFIBUS) 53 I Mục tiêu 53 II Cơ sở lý thuyết 53 III Thiết bị thực hành .53 IV Phần mềm sử dụng 53 V Thực hành/thí nghiệm 53 VI Luyện tập thực hành 61 VII Báo cáo thực hành 63 BÀI THỰC HÀNH 7,8: LẬP TRÌNH HÀM TRUYỀN THƠNG PUT/GET VÀ ỨNG DỤNG TRUYỀN THÔNG GIỮA HAI HAY NHIỀU PLC S7 - 1200 .64 I Mục tiêu 64 II Cơ sở lý thuyết 64 III Thiết bị thực hành .67 IV Phần mềm sử dụng 67 V Thực hành/thí nghiệm 67 VI Luyện tập thực hành 72 VII Báo cáo thực hành 73 BÀI THỰC HÀNH SỐ 9: LẬP TRÌNH HÀM TRUYỀN THƠNG TSEND/TRCV VÀ ỨNG DỤNG TRUYỀN THÔNG GIỮA HAI HAY NHIỀU PLC S7 - 1200 .74 I Mục tiêu 74 II Cơ sở lý thuyết 74 III Thiết bị thực hành .76 IV Phần mềm sử dụng 77 V Thực hành/thí nghiệm 77 VI Luyện tập thực hành 84 VII Báo cáo thực hành 85 BÀI THỰC HÀNH SỐ 10: ÔN TẬP + KIỂM TRA THỰC HÀNH 86 I Mục đích .86 II Nội dung, hình thức kiểm tra .86 III Thiết bị thực hành .86 IV Báo cáo kết 86 BÀI THỰC HÀNH SỐ 1: CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG MẠNG I Mục tiêu -Nhận biết thiết bị thực hệ thống mạng điều khiển giám sát -Mối quan hệ vật lý phần tử -Ghi nhớ cấu tạo, hình dáng ngồi thiết bị -Hiểu mối liên kết vật lý, logic thiết bị -Nhận biết phân biệt cấu trúc phân cấp chức hệ thống mạng tình trường hợp cụ thể -Hiểu nững đặc tính sở kỹ thuật truyền tin giao thức mạng cụ thể II Cơ sở lý thuyết 2.1 Sinh viên nghiên cứu lại toàn lý thuyết giảng dạy lớp: Chương sở kỹ thuật truyền tin công nghiệp, bao gồm nội dung về: -Cấu trúc hệ thống điều khiển – giám sát -Sự phân cấp chức hệ thống mạng nhà máy, xí nghiệp -Phân loại, đặc trưng hệ thống mạng -Kỹ thuật truyền dẫn, chuẩn truyền dẫn, môi trường truyền dẫn -Phương pháp truy nhập bus -Phương pháp mã hóa bit -Phương pháp bảo toàn liệu -Các thiết bị liên kết mạng Nội dung chương giao thức PROFIBUS, Industrial Ethernet, PROFIBUS 2.2 Giao thức mạng PROFINET/Industrial Ethernet IE (Industrial Ethernet) - mạng Ethernet công nghiệp mạng phục vụ cho cấp quản lý cấp phân xưởng để thực truyền thơng máy tính hệ thống tự động hố Nó phục vụ cho việc trao đổi lượng thông tin lớn, truyền thông phạm vi rộng Các xử lý truyền thông dùng mạng ln kiểm tra xem đường dẫn có bị chiếm dụng khơng Nếu khơng trạm mạng gửi điện tín đi, xảy xung đột mạng có hai trạm gửi ngừng lại q trình gửi điện tín thực lại sau thời gian định, thời gian xác định theo luật toán học ngẫu nhiên Xuất phát từ mong muốn có tiêu chuẩn truyền thông mạng cho ngành công 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) 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, cung cấp chuẩn truyền thơng tồn diện đáp ứng u cầu PROFINET PROFINET chuẩn cơng nghiệp tồn diện dựa chuẩn Ethernet cơng 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 Như biết, Industrial Ethernet (IE) dựa chuẩn IEEE 802.3, cho phép ghép nối hệ thống tự động vào mạng văn phòng, cung cấp dịch vụ IT cho phép truy cập liệu sản xuất từ môi trường văn phịng PROFINET chuẩn truyền thơng mở dựa IEEE 61158 sử dụng chuẩn IT standard Với PROFINET thực giải pháp tự động với tính cao so với yêu cầu khó tính thời gian thực Hàng loạt thiết bị trường từ nhiều nhà cung cấp khác thiết bị điều khiển, thiết bị mạng … ví dụ thiết bị chuyển mạch – Switch có chức PROFINET Giao diện cung cấp hầu hết thiết bị chuyển mạch với cổng tích hợp để xây dựng cấu trúc mạng bus hay mạch vịng Sự tích hợp hệ thống bus trường bảo toàn vốn đầu tư phần cốt yếu PROFINET Mơ hình thiết bị chuẩn PROFINET dựa mơ hình PROFIBUS Các điều khiển khác có sẵn Simatic S7 CPU Siemens có giao diện Ethernet PROFIBUS Hệ thống có dễ dàng tích hợp với mơi trường PROFINET Việc chuyển đổi chương trình người dùng khơng địi hỏi nỗ lực lớn, việc thay toàn hệ thống PROFIBUS hữu, xây dựng hệ thống không cần thiết Một khả tích hợp khác cơng nghệ proxy – ví dụ, IE/PB Link PN IO Simatic Net – hoạt động đại diện thiết bị PROFIBUS, liên kết có sẵn với giao diện mạng LAN không dây, điều cung cấp khả cải tiến để tích hợp PROFIBUS với công nghệ không dây vào giải pháp PROFINET PROFINET sử dụng tiện ích cơng nghệ Ethernet sử dụng cho cấu trúc mạng mạch vịng với mơi trường truyền dẫn khác mạng khơng dây Hình 1: Ghép nối thiết bị vào IE - PROFINET có khả ghép nối thiết bị tự động hóa vào điểm - Toàn ứng dụng tự động hóa chạy thơng qua đường cáp truyền, thời gian thực TCP/IP, chuẩn hóa an tồn Trong trường hợp cần thiết sử dụng mạng khơng dây Hình 2: Ghép nối thiết bị vào PROFINET 2.2.1 Đặc tính PROFINET a Real time communication: Băng thông rộng cho phép sử dụng Ethernet tất nhiệm vụ tự động hóa, bên cạnh việc truyền thơng IO tuần hồn (truyền số liệu 1ms), TCP/IP giao thức IT sử dụng lúc mạng PROFINET cung cấp thời gian đáp ứng với truyền thơng chu kì 1ms điều khiển PROFINET IO Controller thiết bị PROFINET IO Devices Cơ cầu hoạt động với với chuyển mạch tiêu chuẩn Sự truyền thơng tuần hồn dựa layer mơ hình OSI/ISO Điều cho phép thời gian phản ứng nhanh mạng Ethernet Networks PROFINET cung cấp giải pháp cho tác vụ điều khiển truyền động nhanh xác định với hai phương thức truyền thông RT IRT Phương pháp truyền RT hỗ trợ hai mức biểu diễn thời gian thực cho trình quan trọng; PROFINET IRT – Isochrones Realtime, sử dụng cho tác vụ tự động hóa nhanh với truyền thơng tuần hồn 250µs Jitter < 1µs, cho q trình u cầu độ xác cao giao tiếp đẳng thời, không sử dụng giao thức TCP/IP Trong trường hợp thiết bị mạng cần ASIC để đảm bảo thời gian, ASIC Siemens cung cấp gọi ERTEC – Bộ điều khiển Ethernet thời gian thực (Enhanced Real-Time Ethernet Controller) - Giao tiếp thống thời gian phản ứng nhanh - Giao tiếp đồng thời thời gian thực cung cấp dịch vụ IT cáp truyền - Truyền thông không giới hạn TCP/IP - Giao tiếp thời gian thực mở rộng từ ứng dụng tính thời gian thực thấp đến ứng dụng có tính thời gian thực cao (RT - thời gian thực, IRT - giao tiếp đẳng thời) Chu kỳ truyền thông phân chia thành dải hình ảnh bên dưới: RT - giao tiếp thời gian thực - Sử dụng thành phần mạng chuẩn, ví du switch - Các lớp mạng biểu diễn tương tự hệ thông bus trường tiêu biểu (PROFIBUS) 10