Luận văn điện tử Mạng truyền thông công nghiệp MODBUS RTU

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP MODBUS RTU PC MASTER – 2 PLC SLAVE GVHD: Th. S TRẦN VĂN TRINH SVTH: HỒ NGỌC NAM - 06042561 TRẦN QUỐC HÙNG - 06057041 LỚP: ĐHĐT2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2010 Mạng truyền thông công nghiệp MODBUS GVHD : Ths Trần Văn Trinh LỜI NÓI ĐẦU oOo Trong nền công nghiệp hiện nay,việc ứng dụng mạng công nghiệp để điều khiển và giám sát các thiết bị, các cơ cấp chấp hành ngày càng được sử dụng nhiều trong các nhà máy, xí nghiệp, và các dây chuyền sản xuất . Việc điều khiển một hệ thống bởi một máy tính giúp cho việc lưu giữ các giá trị hiện tại được thuận tiện hơn… Một điều thuận lợi là càng ngày càng có nhiều thiết bị chấp hành, hoặc thiết bị điều khiển như PLC,biến tần,…được tích hợp các giao thức mạng như : Profibus, Can, Modbus,…Từ những giao thức mạng tích hợp có sẵn trên các thiết bị trên, nhóm đã thực hiện việc tìm hiểu về mạng truyền thông công nghiệp theo giao thức Modus, từ đó ứng dụng để xây dựng một mô hình truyền thông giữa máy tính, 2 PLC S7-200 và các motor làm các cơ cấu chấp hành . Việc xây dựng nên mô hình, vừa có mục đích tìm hiểu , vừa mang lại môt cái nhìn trực quan về một hệ thống mạng công nghiệp . Giới hạn đề tài:  Tìm hiểu giao thức truyền thông Modbus .  Phần mềm WinCC và giao thức Modbus .  Sự hoạt động của PLC trong hệ thống mạng Modbus .  Mối liên quan giữa WinCC và PLC trên mạng Modbus . 2 SVTH : Hồ Ngọc Nam – Trần Quốc Hùng Mạng truyền thông công nghiệp MODBUS GVHD : Ths Trần Văn Trinh Lời Cảm Ơn oOo Trong quá trình thực hiện Luận Văn . Chúng em đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều từ thầy Trần Văn Trinh, từ việc hỗ trợ chúng em về các thiết bị trong mô hình, việc tạo điều kiện cho chúng em được thử nghiệm trên phòng thực hành, đến việc hướng dẫn bước khởi đầu cho chúng em trong quá trình tìm hiểu về một giao thức mạng . Chúng em xin cảm ơn Thầy rất nhiều . Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô trong Khoa Điện Tử, các bạn trong lớp đã giúp đỡ, trao đổi các thiết bị , các kiến thức về mạch điện, giúp chúng em hoàn thành bài Luận Văn Tốt Nghiệp này . Thế nhưng, do kiến thức còn hạn chế và thời gian thực hiện vẫn chưa được hoạch định rõ ràng, thế nên trong bài báo cáo và mô hình thực tế không tránh khỏi thiếu sót. Chúng em rất mong được sự cảm thông và đóng góp ý kiến của quý Thầy Cô và các bạn để bài Luận Văn của chúng em được hoàn chỉnh hơn . Chúng em xin chân thành cảm ơn !!! Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2010 Sinh viên thực hiện. Hồ Ngọc Nam Trần Quốc Hùng 3 SVTH : Hồ Ngọc Nam – Trần Quốc Hùng Mạng truyền thông công nghiệp MODBUS GVHD : Ths Trần Văn Trinh NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Giáo Viên Hướng Dẫn 4 SVTH : Hồ Ngọc Nam – Trần Quốc Hùng Mạng truyền thông công nghiệp MODBUS GVHD : Ths Trần Văn Trinh NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Giáo Viên Phản Biện 5 SVTH : Hồ Ngọc Nam – Trần Quốc Hùng Mạng truyền thông công nghiệp MODBUS GVHD : Ths Trần Văn Trinh MỤC LỤC Phần 1 : Tổng quan về Modbus…………………… Trang 8 1. Một số khái niệm cơ bản về mạng công nghiệp……………8 1.1 Giao thức truyền thông …………………………… …8 1.2 Các chuẩn truyền trong công nghiệp………………….10 2. Mạng truyền thông Modbus ………………………………12 2.1 Khái niệm tổng quát về mạng Modbus………… ……12 2.2 Cấu trúc đoạn tin trong giao thức Modbus…………… 14 Phần 2 : Các thành phần mạng trong mô hình………… 24 1. Hệ thống mạng Master – Slave…………………………….24 2. Master – WinCC………………………………………… 24 2.1 Ứng dụng của WinCC trong hệ thống mạng………… 24 2.2 Các thành phần cơ bản trong WinCC ………………….25 2.3 Nguyên tắc hoạt động của WinCC …………………….25 2.4 Quy trình sử dụng WinCC…………………………… 27 2.5 Cách kết nối giữa WinCC với thế giới ngoài ………….28 2.6 Quan hệ giữa WinCC và Modbus…………………… 30 3. Slave – PLC……………………………………………… .31 3.1 Vai trò của PLC trong hệ thống mạng ……………… 31 3.2 PLC và Modbus……………………………………… 31 4. Phần mềm liên kết Kep Server…………………………….35 Phần 3 : Quy trình thực hiện ……………………………….41 1. Mục đích của quá trình ………………………………… 41 2. Quy trình tạo biến trong Kep Server…………………… 41 3. Xây dựng giao diện WinCC …………………………… 43 4. Xây dựng chương trình PLC …………………………… 70 5. Sơ đồ kết nối phần cứng…………………………………. 79 Phần 4 : Quy trình sử dụng và frame truyền… ……… 80 1. Sự tác động đến nhánh Slave1………………………… 80 2. Sự tác động đến nhánh Slave2………………………… 86 6 SVTH : Hồ Ngọc Nam – Trần Quốc Hùng Mạng truyền thông công nghiệp MODBUS GVHD : Ths Trần Văn Trinh Phần 5. Tổng kết và nhận xét…………………………… 89 Phần 6. Phụ lục…………………………………………… 90 Phần 1 : TỔNG QUAN VỀ MODBUS 1. Một số khái niệm cơ bản : 1.1Giao thức truyền thông : 7 SVTH : Hồ Ngọc Nam – Trần Quốc Hùng Mạng truyền thông công nghiệp MODBUS GVHD : Ths Trần Văn Trinh - Giao thức truyền thông : là những quy định trong việc truyền thông tin giữa các thiết bị trong một hệ thống công nghiệp . - Trong công nghiệp, thì các bộ phận trong hệ thống được cấu trúc theo sơ đồ phân cấp : Điều này có nghĩa là các thiết bị trong một hệ thống công nghiệp có mối liên quan với nhau . Các thiết bị cơ cấu chấp hành : như motor, cảm biến…nằm ở cấp thấp nhất (được gọi là cấp trường), nó chịu sự điều khiển của các thiết bị ở cấp trên nó – cấp điều khiển . Các thiết bị ở cấp điều khiển như : PLC, PC… thì chịu sự điều khiển và giám sát ở cấp cao hơn…Và cứ thế, một hệ thống trong công nghiệp thông thường có 5 cấp . - Điều cần quan tâm ở đây, là việc liên lạc và truyền tín hiệu giữa các thiết bị trong các cấp được thực hiện nhờ các đường dây bus tín hiệu (bao gồm 4 loại bus : bus trường, bus hệ thống, mạng xí nghiệp và mạng công ty ) . Để tín hiệu truyền được trên các bus thì cần có những tiêu chuẩn để truyền . Tiêu chuẩn này phải đảm bảo cả thiết bị ở cấp trên và cấp dưới đều hỗ trợ . Tiêu chuẩn này được gọi là giao thức truyền thông . 8 SVTH : Hồ Ngọc Nam – Trần Quốc Hùng Mạng truyền thông công nghiệp MODBUS GVHD : Ths Trần Văn Trinh - Ứng với mỗi đường dây bus cho việc kết nối giữa 2 cấp thì có một giao thức truyền thông riêng . Đối với bus trường : thông thường người ta sử dụng các giao thức : profibus, modbus… - Tuy các giao thức truyền thông giữa các cấp là khác nhau, thế nhưng chúng đều có chung một đặc điểm là tuân theo một mô hình giao thức nhất định . Đó là mô hình mạng OSI . - Mô hình mạng OSI quy định trình tự để truyền một đoạn tin giữa 2 thiết bị . - Đoạn tin được truyền sẽ đi qua 7 lớp từ máy gửi đưa đến bus truyền thông, sau đó đoạn tin này sẽ được nhận từ máy tương ứng . Các lớp trong mô hình giúp xác định những đặc tính cần thiết cho đoạn tin truyền . Ví dụ như : lớp Presentation quy định cu pháp của đoạn tin truyền, lớp Session quy định thời gian truyền tin… - Ở Việt Nam hiện nay, thông thường ở để liên lạc giữa cấp trường và cấp điều khiển, các nhà máy thường sử dụng giao thức mạng truyền thông Profibus . Ngoài giao thức Profibus thì giao thức mạng Modbus cũng là một sự lựa chọn khá tốt cho việc truyền 9 SVTH : Hồ Ngọc Nam – Trần Quốc Hùng Mạng truyền thông công nghiệp MODBUS GVHD : Ths Trần Văn Trinh thông ở bus trường . Trong bài viết này sẽ tập trung vào giao thức mạng truyền thông Modbus . 1.2Các chuẩn truyền trong công nghiệp : - Có 2 tiêu chuẩn phổ biến trong việc truyền dữ liệu nối tiếp : đó là chuẩn RS232 và chuẩn RS485 . 1.2.1 Chuẩn RS232 : - Việc truyền dữ liệu được thực hiện nhờ 3 dây TxD, RxD và mass . Tín hiệu được truyền đi bằng cách : tín hiệu được so sánh với mass để phát hiện sự sai lệch . Điều này khiến cho dữ liệu khó có thể khôi phục lại ở trạm phát . Một điều nữa là chuẩn truyền RS232 chỉ được sử dụng để truyền tín hiệu giữa 2 trạm được kết nối trực tiếp, việc mở rộng số lượng trạm sử dụng chuẩn truyền RS232 là không khả thi . - Hình bên dưới trình bày sơ đồ kết nối dây giữa 1 trạm PLC và 1 trạm PC theo chuẩn truyền RS232 . Việc truyền tín hiệu giữa 2 thiết bị có cổng COM dùng chuẩn truyền RS232 cũng có cách đấu nối tương tự . Sơ đồ kết nối giữa PLC và PC theo chuẩn truyền RS232 - Nhược điểm của chuẩn truyền RS232 là tín hiệu không thể truyền đi xa, do việc mất mát tín hiệu không thể phục hồi được , 10 SVTH : Hồ Ngọc Nam – Trần Quốc Hùng [...]... độ truyền lên đến 100Mbps, 1Gbps và 10Gbps 13 SVTH : Hồ Ngọc Nam – Trần Quốc Hùng Mạng truyền thông công nghiệp MODBUS Trinh GVHD : Ths Trần Văn 2.1.2 Phân loại : căn cứ vào cách thức truyền dữ liệu trong mạng, thì mạng Modbus được chia làm 3 loại : Modbus RTU, Modbus ASCII và Modbus TCP/IP • Modbus RTU : dữ liệu được truyền trên bus nối tiếp Dữ liệu được truyền theo định dạng mã hexadecimal Modbus. .. thu 2 Mạng truyền thông MODBUS : 2.1 Khái niệm tổng quát về mạng truyền thông Modbus : 2.1.1 Khái niệm tổng quát : - Modbus là một giao thức mạng truyền dữ liệu theo kiểu nối tiếp Nó hỗ trợ cả 2 chuẩn truyền RS232 và RS485 Việc truyền dữ liệu được thực hiện theo cơ chế ` 1 Master/ nhiều Slave 12 SVTH : Hồ Ngọc Nam – Trần Quốc Hùng Mạng truyền thông công nghiệp MODBUS Trinh - GVHD : Ths Trần Văn Sơ... Modbus • Modbus TCP/IP : Dữ liệu có thể được truyền trên mạng LAN hoặc mạng ở trên một khu vực rộng Dữ liệu được định dạng - theo mã hexadecimal 2.1.3 Ứng dụng của giao thức modbus : Modbus là một giao thức truyền thông mở, nó là phương pháp truyền thông phổ biến nhật được sử dụng để kết nối các thiết bị - điện tử công nghiệp Modbus thường được dùng để truyền các tín hiệu từ các thiết bị đo, thiết... dương và bit 1 ứng 14 SVTH : Hồ Ngọc Nam – Trần Quốc Hùng Mạng truyền thông công nghiệp MODBUS Trinh GVHD : Ths Trần Văn với điện áp âm Các bit này được gửi với tốc độ rất nhanh Tốc độ truyền thông thường là 9600 baud 2.2 Cấu trúc đoạn tin trong giao thức mạng Modbus : - Hình dưới đây trình bày cấu trúc của một đoạn tin truyền trong giao thức mạng modbus 2.2.1 Byte 1 : address field - Có độ dài 1 byte... hexadecimal Modbus RTU thường được sử dụng trong việc truyền thông thông thường • Modbus ASCII : dữ liệu được truyền trên bus nối tiếp Dữ liệu truyền được định dạng dưới dạng mã ASCII Modbus ASCII có ưu điểm là có thể dễ dàng để người dùng hiểu được dữ liệu đang truyền Thông thường thì giao thức Modbus ASCII được sử dụng trong việc kiểm tra và giới thiệu cho giao thức mạng Modbus • Modbus TCP/IP :... thống mạng : PLC S7-200 (224 DC/DC) trong hệ thống mạng Modbus - đóng vai trò trạm Slave 3.2 PLC S7-200 và mạng Modbus : Cấu hình cho PLC thành các trạm Slave Sử dụng thư viện Modbus Protocol Hai khối chức năng chính để lập trình cho S7-200 thành Slave Modbus gồm: MBUS_INIT và MBUS_SLAVE - Khối MBUS_INIT 30 SVTH : Hồ Ngọc Nam – Trần Quốc Hùng Mạng truyền thông công nghiệp MODBUS Trinh GVHD : Ths Trần Văn. .. cùng chính là CRC của toàn bộ khung truyền Mã CRC của phép tính cuối cùng này sẽ được gửi đi cùng với khung dữ liệu mà Master gửi xuống Slave 23 Kết thúc Mạng truyền thông công nghiệp MODBUS Trinh GVHD : Ths Trần Văn Phần 2 : CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG MẠNG CỦA MÔ HÌNH - 1) Hệ thống mạng Master – Slave Đối với giao thức mạng Modbus, như đã nói ở trên, giao thức mạng này hỗ trợ các thiết bị giao... ware tags PLC 28 SVTH : Hồ Ngọc Nam – Trần Quốc Hùng PC Mạng truyền thông công nghiệp MODBUS Trinh - GVHD : Ths Trần Văn Trong bài luận văn này, sẽ tập trung vào sử dụng phương pháp thứ 2 để kết nối giữa WinCC và PLC, thông qua phần mềm KEP Server EX 2.8 Quan hệ giữa WinCC và Modbus 2.8.1 WinCC kết nối trực tiếp với PLC S7-200 thông - qua giao thức Modbus : Như đã trình bày ở phần 3.5, thì đây chính là.. .Mạng truyền thông công nghiệp MODBUS Trinh GVHD : Ths Trần Văn và việc kết nối theo chuẩn RS232 chỉ được thực hiện giao tiếp giữa 2 thiết bị (point - to - point) nên hạn chế số lượng thiết bị có - trong mạng Một số đặc điểm của chuẩn truyền RS232 là : khoảng cách truyền tối đa là 15m, tốc độ truyền là 20Kbps, hỗ trợ kết nối - điểm – điểm trên một mạng 1.2.1 Chuẩn RS485 : Việc truyền dữ... liệu một cách nhanh chóng và mạnh mẽ Nó đáp ứng được những yêu cầu về chất lượng kết nối truyền thông trong công nghiệp ( độ ổn định, tính chính xác và linh hoạt…) 34 SVTH : Hồ Ngọc Nam – Trần Quốc Hùng Mạng truyền thông công nghiệp MODBUS Trinh GVHD : Ths Trần Văn 4.2 Sử dụng phần mềm 4.2.1 Cách tạo một kênh truyền thông - Open Kep - Kích chuột vào để tạo các kênh, mỗi kênh bao gồm nhiều tag , đặt tên . BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP MODBUS RTU PC MASTER – 2 PLC SLAVE GVHD:. Chí Minh, tháng 07 năm 2010 Mạng truyền thông công nghiệp MODBUS GVHD : Ths Trần Văn Trinh LỜI NÓI ĐẦU oOo Trong nền công nghiệp hiện nay,việc ứng dụng mạng công nghiệp để điều khiển và giám. Hùng Mạng truyền thông công nghiệp MODBUS GVHD : Ths Trần Văn Trinh MỤC LỤC Phần 1 : Tổng quan về Modbus ………………… Trang 8 1. Một số khái niệm cơ bản về mạng công nghiệp …………8 1.1 Giao thức truyền