TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BÁO CÁO MÔN MANG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIÊP GVHD Trần Đức Anh Minh Nhóm 06 Group 16 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022 TỔ[.]
TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA: ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BÁO CÁO MÔN MANG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIÊP -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 điề̀u khiển từ xa hệ thống đèn chiếu sáng công cộng (gồm trung tâm điề̀u 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 THÀ̀NH VIÊN TỔ Số thứ tự Họ tên SV Mã số SV 10 Đậu Trong Danh 41901076 72 Nguyễn Phương Quang Trường 41900907 57 Trịnh Bá Sỹ 41900864 48 Đào Nhậ̣t Nam 41900830 Nhiệm vụ MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan về̀ mạng truyề̀n thông công nghiệp Mạng truyề̀n thơng cơng nghiệp gì? Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp (MCN) khá́i niệm chung cá́c hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, sử dụng để ghép nối cá́c thiết bị̣ công nghiệp Cá́c hệ thống truyền thông công nghiệp phổ biến cho phép liên kết mạng nhiều mức khá́c nhau, từ cá́c cảm biến, cấu chấp hành cấp trườ̀ng cá́c má́y tính điều khiển, thiết bị̣ quan sá́t, má́y tính điều khiển giá́m sá́t cá́c má́y tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý cơng ty Mạng truyền thông công nghiệp thực chất dạng đặc biệt mạng má́y tính, có́ thể so sá́nh với mạng má́y tính thơng thườ̀ng điểm giống khá́c sau: - Kỹ̃ thuậ̣t truyền thông số hay truyền liệu đặc trưng chung hai lĩnh vực - Trong nhiều trườ̀ng hợp, mạng má́y tính sử dụng cơng nghiệp đuợc coi phần (ở cá́c cấp điều khiển giá́m sá́t, điều hành sản xuất quản lý công ty) mô hình phân cấp mạng cơng nghiệp u cầu tính thờ̀i gian thực, độ tin cậ̣y khả tương thích mơi trườ̀ng cơng nghiệp mạng truyền thông công nghiệp cao so với mạng má́y tính thơng thườ̀ng, đó́ mạng má́y tính thườ̀ng đòi hỏi cao độ bảo mậ̣t Vai trị củ̉a mạng truyề̀n thơng cơng nghiệp Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp, đặc biệt bus trườ̀ng để thay cá́ch nối điểm-điểm cổ điển cá́c thiết bị̣ công nghiệp mang lại hàng loạt lợi ích sau: • Đơn giản hó́a cấu trúc liên kết cá́c thiết bị̣ công nghiệp: Một số lượng lớn cá́c thiết bị̣ thuộc cá́c chủng loại khá́c đѭợc ghép nối với thông qua đườ̀ng truyền • Tiết kiệm dây nối cơng thiết kế, lắp đặt hệ thống: Như cấu trúc đơn giản, việc thiết kế hệ thống trở nên dễ̃ dàng nhiều Một số lượng lớn cá́p truyền thay đườ̀ng nhất, giảm chi phí đá́ng kể cho ngun vậ̣t liệu cơng lắp đặt • Nâng cao độ tin cậ̣y độ xá́c thơng tin: Khi dùng phương phá́p truyền tín hiệu tương tự cổ điển, tá́c động nhiễ̃u dễ̃ làm thay đổi nội dung thông tin mà cá́c thiết bị̣ không có́ cá́ch nhậ̣n biết Nhờ̀ kỹ̃ thuậ̣t truyền thơng số, khơng thơng tin truyền khó́ bị̣ sai lệch hơn, mà cá́c thiết bị̣ nối mạng cịn có́ thêm khả tự phá́t lỗi chẩn đoá́n lỗi có́ Hơn nữa, việc bỏ qua nhiều lần chuyển đổi qua lại tương tự-số số-tương tự nâng cao độ xá́c thơng tin • Nâng cao độ linh hoạt, tính mở hệ thống: Một hệ thống mạng chuẩn hó́a quốc tế tạo điều kiện cho việc sử dụng cá́c thiết bị̣ nhiều hãng khá́c Việc thay thiết bị̣, nâng cấp mở rộng phạm vi chức hệ thống dễ̃ dàng nhiều Khả tương tá́c cá́c thành phần (phần cứng phần mềm) nâng cao cá́c giao diện chuẩn • Đơn giản hó́a/tiện lợi hó́a việc tham số hó́a, chẩn đố́n, đị̣nh vị̣ lỗi, cố cá́c thiết bị̣ : Với đườ̀ng truyền nhất, khơng cá́c thiết bị̣ có́ thể trao đổi liệu q́ trình, mà cịn có́ thể gửi cho cá́c liệu tham số, liệu trạng thá́i, liệu cảnh bá́o liệu chẩn đố́n Cá́c thiết bị̣ có́ thể tích hợp khả tự chẩn đố́n, cá́c trạm mạng có́ thể có́ khả cảnh giới lẫn Việc cấu hình hệ thống, lậ̣p trình, tham số hó́a, chỉnh đị̣nh thiết bị̣ đưa vào vậ̣n hành có́ thể thực từ xa qua trạm kỹ̃ thuậ̣t trung tâm • Mở nhiều chức khả ứng dụng hệ thống: Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp cho phép á́p dụng cá́c kiến trúc điều khiển điều khiển phân tá́n, điều khiển phân tá́n với cá́c thiết bị̣ trườ̀ng, điều khiển giá́m sá́t chẩn đố́n lỗi từ xa qua Internet, tích hợp thông tin hệ thống điều khiển giá́m sá́t với thông tin điều hành sản xuất quản lý công ty Chương 2: Lý thuyết mạng truyề̀n thông công nghiệp AS-I Mạng AS-I Actuator Sensor Interface (AS-Interface ASi) giải phá́p mạng công nghiệp (lớp vậ̣t lý, phương phá́p truy cậ̣p liệu giao thức) sử dụng cá́c hệ thống tự động hó́a dựa PLC, DCS PC Nó́ thiết kế để kết nối cá́c thiết bị̣ I / O trườ̀ng đơn giản (ví dụ: thiết bị̣ BẬT / TẮT nhị̣ phân thiết bị̣ truyền động, cảm biến, mã hó́a quay, đầu vào đầu tương tự, nút nhấn cảm biến vị̣ trí van) cá́c ứng dụng sản xuất xử lý rờ̀i rạc cá́ch sử dụng hai -cá́p dẫn AS-Interface công nghệ 'mở' hỗ trợ vô số nhà cung cấp thiết bị̣ tự động hó́a Giao diện AS tiêu chuẩn quốc tế theo IEC 62026-2 kể từ năm 1999 ASInterface giải phá́p thay mạng cho hệ thống dây cứng cá́c thiết bị̣ trườ̀ng Nó́ có́ thể sử dụng mạng đối tá́c cho cá́c mạng fieldbus cấp cao Profibus , DeviceNet , Interbus Industrial Ethernet , nó́ cung cấp giải phá́p I / O từ xa chi phí thấp Nó́ sử dụng cá́c ứng dụng tự động hó́a, bao gồm điều khiển băng tải, má́y đó́ng gó́i, van điều khiển quá́ trình, nhà má́y đó́ng chai, hệ thống phân phối điện, băng chuyền hành lý sân bay, thang má́y, dây chuyền đó́ng chai dây chuyền sản xuất thực phẩm Lịch sử mạng AS-I AS-Interface phá́t triển vào cuối năm 1980 đầu năm 1990 hợp tá́c phá́t triển 11 công ty chủ yếu biết đến với việc cung cấp cá́c thiết bị̣ cảm biến không tiếp xúc công nghiệp cảm biến cảm ứng , cảm biến quang điện , cảm biến điện dung cảm biến siêu âm Sau q́ trình phá́t triển hồn thành, hiệp hội giải tổ chức thành viên, AS-International thành lậ̣p 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 phá́t triển cá́c nhà sản xuất tiếng công nghệ tự động hó́a Lĩnh vục ứ́ng dụng Giao diện Bộ truyền động / Cảm biến Giao diện AS-Interface, thườ̀ng viết tắt AS-i, hệ thống kết nối cho mức quy trình thấp cá́c hệ thống tự động hó́a Cá́p dây nị̣t tìm thấy trước cấp độ thay dây cá́p điện, cá́p AS-i Mơ hình OSI: Sơ đồ sau minh họa cho vị̣ trí AS-I hệ thống tự động hó́a Giao diện AS phân biệt số đặc điểm chính: Giao diện AS tối ưu hó́a để kết nối cá́c cảm biến nhị̣ phân tương tự truyền động Cá́p 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 cá́c cảm biến / cấu chấp hành Hệ thống dây đơn giản hiệu chi phí: lắp đặt đơn giản, tính linh hoạt cao với cá́ch đấu dây dạng Thờ̀i 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) Cá́c trạm tớ (AS-i tớ) cá́p AS-i có́ thể cảm biến / thiết bị̣ truyền động với kết nối AS-i tích hợp cá́c mơ-đun AS-i có́ tối đa bốn mơ-đun thông thườ̀ng cảm biến / cấu chấp hành nhị̣ phân có́ thể kết nối Với cá́c mơ-đun AS-i tiêu chuẩn, có́ thể vậ̣n hành tới 124 truyền động / cảm biến cá́p AS-i Tổng quan về̀ thành phầ̀n củ̉a mạng AS-i Các thành phầ̀n hệ thống mạng AS-i: - AS-Master Cá́c AS-Slave , phân biệt theo thiết kế chúng sau: Cá́c mô-đun AS-i Cảm biến / thiết bị̣ truyền động với kết nối AS-i tích hợp Cá́p AS-i Bộ cấp nguồn AS-i Đơn vị̣ đị̣a (trong số trườ̀ng hợp tích hợp tổng thể) Đơn vị̣ chẩn đố́n Giá́m sá́t an tồn Bộ lặp Sau ví dụ mạng ASI: 5.Kiến trúc mạng AS-I Cá́c hình cho ta thấy cá́c kiến trúc hệ thống ASI Cá́c thành phần thêm vào có́ thể đặt dọc theo đườ̀ng ASI theo cá́c nhó́m , thí dụ đầu cá́c nhá́nh khá́c Khơng cần có́ cá́c điện trở kết thúc Thí dụ cá́c cấu trúc thể có́: Đườ̀ng dây 100m ASI slave có́ đầu Đườ̀ng dây 90m hình 31 slave cuối đườ̀ng dây Hình với 31 Slave chiều dài cá́p hay không đến master Đườ̀ng thẳng với 31 slave phân bố mạng Tổng chiề̀u dài bị giới hạn 100m Muốn cho mạng rộng ta phải sử dụng repeater hay extender Kiểu hình : Cá́c Slave nối chung vào Master controller thông qua cá́p ASI Kiểu đường thẳng : Cá́c Slave nối tiếp với thông qua cá́p ASI cá́p nối vào Master Controler Kiểu hình nhánh : Cá́c Slave nối song song với cá́p ASI thông qua cá́c đầu nối T (T connector) cá́p ASI nối vào Master Controler 10 Kiểu hình : Cá́c Slave nối chung với đầu nối T từ đầu nối nối song song lên cá́p ASI từ cá́p ASI nối với Master Controler Đặc tính hệ thống 6.1 Nguyên tắc làm việc củ̉a hệ thống ASI Phương pháp truy cập: chủ̉-tớ 11 Kỹ̃ thuậ̣t truy cậ̣p Master – Slave : ASI “hệ thống master”, điều có́ nghĩa có́ master mạng ASI điều khiển trao đổi liệu Nó́ hỏi vịng tất cá́c slave đợi trả lờ̀i Đị̣a điện tử: Đị̣a điện tử danh hiệu (Identifier) nó́ Điều xảy lần hệ thống ASI Hoạt động tin cậ̣y linh động: Ngườ̀i ta sử dụng kỹ̃ thuậ̣t truyền tốc độ cao Master giá́m sá́t điện á́p cá́p liệu truyền Nếu phá́t có́ lỗi truyền hư hỏng cá́c slave, nó́ truyền thơng điệp đến PLC Ngườ̀i sử dụng có́ thể xử lý với thơng điệp Việc trao đổi hay thêm cá́c slave hoạt động bình thườ̀ng khơng làm thay đổi ,khơng làm hư truyền thơng với cá́c mạng khá́c 6.2 Đặc tính vậ̣t lý Cáp dây cho liệu nguồn: Một cá́p dây với tiết diện ngang x 1,5 mm2 có́ thể sử dụng Việc bọc giá́p xoắn khơng cần thiết Cả liệu nguồn điện truyền cá́p Năng lượng khả dụng phụ thuộc vào đơn vị̣ nguồn điện ASI sử dụng Để nối dây tối ưu, ngườ̀i ta sử dụng cá́p mã hó́a khí để ngăn kết nối ngược làm đơn giản tiếp xúc với cá́c module ứng dụng ASI sử dụng kỹ̃ thuậ̣t thẩm thấu (Penetration technique) Mạng cấu trúc với cáp dài đến 100 m: Cấu trúc ASI cho phép điểm phậ̣n cá́p (Cable section) sử dụng bắt đầu nhá́nh Tổng chiều dài tất cá́c subsection có́ thể lên đến 100 m Tích hợp trực tiếp : Trên thực tế, tất cá́c mạch điện tử cần cho cá́c Slave tích hợp IC đặc biệt Điều cho phép kết nối ASI tích hợp trực tiếp vào cá́c actuator cá́c sensor nhị̣ phân Tất cá́c thành phần yêu cầu có́ thể cài đặt không gian xấp xỉ cm2 Càng nhiề̀u chứ́c sử dụng dễ cho người sử dụng: Tích hợp trực tiếp cho phép tất cá́c thiết bị̣ trang bị̣ với dãi rộng cá́c chức Bốn đườ̀ng liệu đườ̀ng tham số khã dụng Cá́c actuator/sensor thông minh vậ̣y làm tăng thêm cá́c khã năng, thí dụ giá́m sá́t, gá́n tham số, kiểm tra ô nhiễ̃m … 12 Chương 3: Thiết kế phầ̀n cứ́ng Thiết kế hệ thống điều khiển từ xa hệ thống đèn chiếu sá́ng công cộng (gồm trung tâm điều khiển cụm đèn), sử dụng mạng AS-i Hệ thống gồm trung tâm cụm đèn Phân tích toá́n Hệ thống điều khiển cụm đèn cụm đèn chế độ tự động tay Trung tâm điề̀u khiển cụm đèn (điề̀u khiển từ xa) Cụm 1: Chế độ điều khiển tự động/ tay: Chọn Tín hiệu điều khiển đèn: 4DO- chế độ tay/tự động: 2DI->S1 Đèn bá́o >S4 Cảm biến á́nh sá́ng: 1DI->S5 chế độ: 2DO->S3 Cụm 2: Nút nhấn chạy dừng chế độ tự động: 2DI->S2 Tín hiệu điều khiển đèn: 4DO->S6 Đèn bá́o chạy chế độ tự động: 1DO->S3 Cảm biến á́nh sá́ng: 1DI->S7 Nút nhấn mở/ tắt chế độ tay: 2DI->S2 Tổng: 8DO Tổng: 4DO 2DI 6DI Xây dựng kiến trúc mạng Slave PS MASTER Slave Cá́p AS- Slave Slave 13 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 toán Điề̀u 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 Điề̀u 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 củ̉a hệ thống Cá́c thiết bị̣/module sử dụng hệ thống: CPU S7-1200 15 ASI Master: Module Slave: Màn hình HMI KTP 700 Basic: 16 Đèn chiếu sá́ng công cộng: Tên Thiết bị̣ Giá́ 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 sá́ng 5.520.000 đ Tổng: 36.950.750 đ 17