Chủ đề 16 thiết kế, xây dựng hệ thống điều khiển từ xa hệ thống đèn chiếu sáng công cộng (gồm 1 trung tâm điều khiển và 2 cụm đèn), sử dụng mạng as i

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA: ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BÁO CÁO MÔN MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP -GVHD: Trần Đức Anh Minh -Nhóm : 06 -Group: 16 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022 TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN Chủ đề 16 :Thiết kế, xây dựng hệ thống điều khiển từ xa hệ thống đèn chiếu sáng công cộng (gồm trung tâm điều khiển cụm đèn), sử dụng mạng AS-i ( Học kì I năm 2022-2023) NHĨM 06 - TỔ 16 Giảng viên hướng dẫn : Trần Đức Anh Minh DANH SÁCH THÀNH VIÊN TỔ Số thứ tự Họ tên SV Mã số SV 10 Đậu Trọng Danh 41901076 72 Nguyễn Phương Quang Trường 41900907 57 Trịnh Bá Sỹ 41900864 48 Đào Nhật Nam 41900830 Nhiệm vụ MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan mạng truyền thông công nghiệp Mạng truyền thơng cơng nghiệp gì? Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp (MCN) khái niệm chung hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, sử dụng để ghép nối thiết bị công nghiệp Các hệ thống truyền thông công nghiệp phổ biến cho phép liên kết mạng nhiều mức khác nhau, từ cảm biến, cấu chấp hành 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 Mạng truyền thông công nghiệp thực chất dạng đặc biệt mạng máy tính, so sánh với mạng máy tính thơng thường điểm giống khác sau: - Kỹ thuật truyền thông số hay truyền liệu đặc trưng chung hai lĩnh vực - Trong nhiều trường hợp, mạng máy tính sử dụng cơng nghiệp đuợc coi phần (ở cấp điều khiển giám sát, điều hành sản xuất quản lý công ty) mô hình phân cấp mạng cơng nghiệp u cầu tính thời gian thực, độ tin cậy khả tương thích mơi trường cơng nghiệp mạng truyền thông công nghiệp cao so với mạng máy tính thơng thường, mạng máy tính thường đòi hỏi cao độ bảo mật Vai trị mạng truyền thơng cơng nghiệp Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp, đặc biệt bus trường để thay cách nối điểm-điểm cổ điển thiết bị công nghiệp mang lại hàng loạt lợi ích sau: • Đơn giản hóa cấu trúc liên kết thiết bị công nghiệp: Một số lượng lớn thiết bị thuộc chủng loại khác đѭợc ghép nối với thông qua đường truyền • Tiết kiệm dây nối cơng thiết kế, lắp đặt hệ thống: Như cấu trúc đơn giản, việc thiết kế hệ thống trở nên dễ dàng nhiều Một số lượng lớn cáp truyền thay đường nhất, giảm chi phí đáng kể cho ngun vật liệu cơng lắp đặt • Nâng cao độ tin cậy độ xác thơng tin: Khi dùng phương pháp truyền tín hiệu tương tự cổ điển, tác động nhiễu dễ làm thay đổi nội dung thông tin mà thiết bị cách nhận biết Nhờ kỹ thuật truyền thơng số, khơng thơng tin truyền khó bị sai lệch hơn, mà thiết bị nối mạng cịn có thêm khả tự phát lỗi chẩn đoán lỗi có Hơn nữa, việc bỏ qua nhiều lần chuyển đổi qua lại tương tự-số số-tương tự nâng cao độ xác thơng tin • Nâng cao độ linh hoạt, tính mở hệ thống: Một hệ thống mạng chuẩn hóa quốc tế tạo điều kiện cho việc sử dụng thiết bị nhiều hãng khác Việc thay thiết bị, nâng cấp mở rộng phạm vi chức hệ thống dễ dàng nhiều Khả tương tác thành phần (phần cứng phần mềm) nâng cao giao diện chuẩn • Đơn giản hóa/tiện lợi hóa việc tham số hóa, chẩn đốn, định vị lỗi, cố thiết bị : Với đường truyền nhất, khơng thiết bị trao đổi liệu q trình, mà cịn gửi cho liệu tham số, liệu trạng thái, liệu cảnh báo liệu chẩn đốn Các thiết bị tích hợp khả tự chẩn đốn, trạm mạng có khả cảnh giới lẫn Việc cấu hình hệ thống, lập trình, tham số hóa, chỉnh định thiết bị đưa vào vận hành thực từ xa qua trạm kỹ thuật trung tâm • Mở nhiều chức khả ứng dụng hệ thống: Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp cho phép áp dụng kiến trúc điều khiển điều khiển phân tán, điều khiển phân tán với thiết bị trường, điều khiển giám sát chẩn đốn lỗi từ xa qua Internet, tích hợp thông tin hệ thống điều khiển giám sát với thông tin điều hành sản xuất quản lý công ty Chương 2: Lý thuyết mạng truyền thông công nghiệp AS-I Mạng AS-I Actuator Sensor Interface (AS-Interface ASi) giải pháp mạng công nghiệp (lớp vật lý, phương pháp truy cập liệu giao thức) sử dụng hệ thống tự động hóa dựa PLC, DCS PC Nó thiết kế để kết nối thiết bị I / O trường đơn giản (ví dụ: thiết bị BẬT / TẮT nhị phân thiết bị truyền động, cảm biến, mã hóa quay, đầu vào đầu tương tự, nút nhấn cảm biến vị trí van) ứng dụng sản xuất xử lý rời rạc cách sử dụng hai -cáp dẫn AS-Interface công nghệ 'mở' hỗ trợ vô số nhà cung cấp thiết bị tự động hóa. Giao diện AS tiêu chuẩn quốc tế theo IEC 62026-2 kể từ năm 1999 AS-Interface giải pháp thay mạng cho hệ thống dây cứng thiết bị trường. Nó sử dụng mạng đối tác cho mạng fieldbus cấp cao như Profibus , DeviceNet , Interbus và Industrial Ethernet , cung cấp giải pháp I / O từ xa chi phí thấp. Nó sử dụng ứng dụng tự động hóa, bao gồm điều khiển băng tải, máy đóng gói, van điều khiển q trình, nhà máy đóng chai, hệ thống phân phối điện, băng chuyền hành lý sân bay, thang máy, dây chuyền đóng chai dây chuyền sản xuất thực phẩm Lịch sử mạng AS-I AS-Interface phát triển vào cuối năm 1980 đầu năm 1990 hợp tác phát triển 11 công ty chủ yếu biết đến với việc cung cấp thiết bị cảm biến không tiếp xúc công nghiệp như cảm biến cảm ứng , cảm biến quang điện , cảm biến điện dung và cảm biến siêu âm . Sau q trình phát triển hồn thành, hiệp hội giải tổ chức thành viên, AS-International thành lập. Hệ thống hoạt động trưng bày hội chợ Hanover năm 1994  Vào năm 2018, bước công nghệ giới thiệu SPS IPC Drives Nuremberg. Công nghệ đặt tên ASi-5. ASi-5 phát triển nhà sản xuất tiếng cơng nghệ tự động hóa Lĩnh vục ứng dụng Giao diện Bộ truyền động / Cảm biến Giao diện AS-Interface, thường viết tắt AS-i, hệ thống kết nối cho mức quy trình thấp hệ thống tự động hóa Cáp dây nịt tìm thấy trước cấp độ thay dây cáp điện, cáp AS-i Mơ hình OSI: Sơ đồ sau minh họa cho vị trí AS-I hệ thống tự động hóa Giao diện AS phân biệt số đặc điểm chính:  Giao diện AS tối ưu hóa để kết nối cảm biến nhị phân tương tự truyền động Cáp AS-i sử dụng cho việc trao đổi liệu cảm biến/bộ truyền động (AS-i tớ) AS-i chủ để cung cấp điện đến cảm biến / cấu chấp hành  Hệ thống dây đơn giản hiệu chi phí: lắp đặt đơn giản, tính linh hoạt cao với cách đấu dây dạng  Thời gian phản hồi nhanh: chủ AS-i yêu cầu tối đa ms cho liệu tuần hoàn trao đổi với tối đa 31 trạm tớ (với 62 trạm tớ 10 ms)  Các trạm tớ (AS-i tớ) cáp AS-i cảm biến / thiết bị truyền động với kết nối AS-i tích hợp mơ-đun AS-i có tối đa bốn mơ-đun thông thường cảm biến / cấu chấp hành nhị phân kết nối  Với mơ-đun AS-i tiêu chuẩn, vận hành tới 124 truyền động / cảm biến cáp AS-i Tổng quan thành phần mạng AS-i Các thành phần hệ thống mạng AS-i:  AS-Master  Các AS-Slave , phân biệt theo thiết kế chúng sau: - Các mô-đun AS-i - Cảm biến / thiết bị truyền động với kết nối AS-i tích hợp  Cáp AS-i  Bộ cấp nguồn AS-i  Đơn vị địa (trong số trường hợp tích hợp tổng thể)  Đơn vị chẩn đoán  Giám sát an tồn  Bộ lặp Sau ví dụ mạng ASI: 5.Kiến trúc mạng AS-I Các hình cho ta thấy kiến trúc hệ thống ASI Các thành phần thêm vào đặt dọc theo đường ASI theo nhóm , thí dụ đầu nhánh khác Khơng cần có điện trở kết thúc Thí dụ cấu trúc thể có: Đường dây 100m ASI slave có đầu Đường dây 90m hình 31 slave cuối đường dây Hình với 31 Slave chiều dài cáp hay không đến master Đường thẳng với 31 slave phân bố mạng Tổng chiều dài bị giới hạn 100m Muốn cho mạng rộng ta phải sử dụng repeater hay extender Kiểu hình : Các Slave nối chung vào Master controller thông qua cáp ASI Kiểu đường thẳng : Các Slave nối tiếp với thông qua cáp ASI cáp nối vào Master Controler Kiểu hình nhánh : Các Slave nối song song với cáp ASI thông qua đầu nối T (T connector) cáp ASI nối vào Master Controler 10 Kiểu hình : Các Slave nối chung với đầu nối T từ đầu nối nối song song lên cáp ASI từ cáp ASI nối với Master Controler Đặc tính hệ thống 6.1 Nguyên tắc làm việc hệ thống ASI Phương pháp truy cập: chủ-tớ 11 Kỹ thuật truy cập Master – Slave : ASI “hệ thống master”, điều có nghĩa có master mạng ASI điều khiển trao đổi liệu Nó hỏi vịng tất slave đợi trả lời Địa điện tử: Địa điện tử danh hiệu (Identifier) Điều xảy lần hệ thống ASI Hoạt động tin cậy linh động: Người ta sử dụng kỹ thuật truyền tốc độ cao Master giám sát điện áp cáp liệu truyền Nếu phát có lỗi truyền hư hỏng slave, truyền thơng điệp đến PLC Người sử dụng xử lý với thơng điệp Việc trao đổi hay thêm slave hoạt động bình thường khơng làm thay đổi ,khơng làm hư truyền thơng với mạng khác 6.2 Đặc tính vật lý Cáp dây cho liệu nguồn: Một cáp dây với tiết diện ngang x 1,5 mm2 sử dụng Việc bọc giáp xoắn khơng cần thiết Cả liệu nguồn điện truyền cáp Năng lượng khả dụng phụ thuộc vào đơn vị nguồn điện ASI sử dụng Để nối dây tối ưu, người ta sử dụng cáp mã hóa khí để ngăn kết nối ngược làm đơn giản tiếp xúc với module ứng dụng ASI sử dụng kỹ thuật thẩm thấu (Penetration technique) Mạng cấu trúc với cáp dài đến 100 m: Cấu trúc ASI cho phép điểm phận cáp (Cable section) sử dụng bắt đầu nhánh Tổng chiều dài tất subsection lên đến 100 m Tích hợp trực tiếp : Trên thực tế, tất mạch điện tử cần cho Slave tích hợp IC đặc biệt Điều cho phép kết nối ASI tích hợp trực tiếp vào actuator sensor nhị phân Tất thành phần yêu cầu cài đặt không gian xấp xỉ cm2 Càng nhiều chức sử dụng dễ cho người sử dụng: Tích hợp trực tiếp cho phép tất thiết bị trang bị với dãi rộng chức Bốn đường liệu đường tham số khã dụng Các actuator/sensor thông minh làm tăng thêm khã năng, thí dụ giám sát, gán tham số, kiểm tra ô nhiễm … 12 Chương 3: Thiết kế phần cứng Thiết kế hệ thống điều khiển từ xa hệ thống đèn chiếu sáng công cộng (gồm trung tâm điều khiển cụm đèn), sử dụng mạng AS-i Hệ thống gồm trung tâm cụm đèn Phân tích toán Hệ thống điều khiển cụm đèn cụm đèn chế độ tự động tay Trung tâm điều khiển cụm đèn (điều khiển từ xa) Cụm 1: Chế độ điều khiển tự động/ tay: Tín hiệu điều khiển đèn: 4DO->S4 Chọn chế độ tay/tự động: 2DI->S1 Cảm biến ánh sáng: 1DI->S5 Đèn báo chế độ: 2DO->S3 Cụm 2: Nút nhấn chạy dừng chế độ tự động: 2DI->S2 Tín hiệu điều khiển đèn: 4DO->S6 Đèn báo chạy chế độ tự động: 1DO->S3 Cảm biến ánh sáng: 1DI->S7 Nút nhấn mở/ tắt chế độ tay: 2DI->S2 Tổng: 8DO Tổng: 4DO 2DI 6DI Xây dựng kiến trúc mạng Slave Slave PS Slave MASTER Cáp AS13 Slave Slave Slave Slave Slave (input) Slave (Output) Aut_mode Lamp_1 Man_mode Lamp_2 Aut_start Lamp_3 Aut_stop Lamp_4 Slave (input) Slave (input) Aut_start Sensor_1 Aut_stop Slave (output) Man_start Lamp_5 Man_stop Lamp_6 Slave (output) Lamp_7 Aut_mode_lamp Lamp_8 Man_mode_lamp Slave (input) Aut_run_lamp Sensor_2 Cấu hình Slave Slave S1 S2 S3 Tín hiệu Pin I/O Địa Aut_mode I AI1.0 Man_mode I AI1.1 Aut_start I AI1.2 Aut_stop I AI1.3 Man_start_cum1 I AI2.0 Man_stop_cum1 I AI2.1 Man_start_cum2 I AI2.2 Man_stop_cum2 I AI2.3 Aut_mode_lamp O AQ1.0 Man_mode_lam O AQ1.1 p 14 S4 S5 S6 S7 Aut_run_lamp O AQ1.2 Lamp_1 O AQ2.0 Lamp_2 O AQ2.1 Lamp_3 O AQ2.2 Lamp_4 O AQ2.3 Sensor_1 I AI5.0 Lamp_5 O AQ3.0 Lamp_6 O AQ3.1 Lamp_7 O AQ3.2 Lamp_8 O AQ3.3 Sensor_2 I AI7.0 Giải thuật tốn Điều khiển tay: Man_mode =1 Man_mode_lamp=1 Nếu Man_start_cum1=1 Man_start_cum2 =1 Lamp_1, Lamp_2, Lamp_3, Lamp_4 =1 Lamp_5, Lamp_6, Lamp_7, Lamp_8 =1 Nếu Man_stop_cum1=1 Man_stop_cum2 =1 Lamp_1, Lamp_2, Lamp_3, Lamp_4 =0 Lamp_5, Lamp_6, Lamp_7, Lamp_8 =0 Điều khiển tự động: Aut_mode =1 Aut_mode_lamp=1 Nếu Aut_start Aut_run_lamp=1 Nếu Sensor 1=1 Lamp_1, Lamp_2, Lamp_3, Lamp_4 =1 ngược lại Nếu Sensor 2=1 Lamp_5, Lamp_6, Lamp_7, Lamp_8 =1 ngược lại Nếu Aut_stop=1 Aut_run_lamp=0 Chương 4: Giá thành hệ thống Các thiết bị/module sử dụng hệ thống: CPU S7-1200 15 ASI Master: Module Slave: Màn hình HMI KTP 700 Basic: 16 Đèn chiếu sáng công cộng: Tên Thiết bị Giá thành CPU S7-1200 3.786.750 đ CM 1243-2 8.770.000 đ module 3RG9005 8.750.000 đ HMI KTP 700 Basic 10.124.000 đ chiếu sáng 5.520.000 đ Tổng: 36.950.750 đ 17 Chương 5: Mô hệ thống hoạt động Hệ thống hoạt động chế độ Auto Manual Kết chế độ Manual: 18 Kết chế độ Auto: 19 20