Giáo trình mạng truyền thông công nghiệp (nghề điện tử công nghiệp trình độ cao đẳng)

GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun bảng trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx LỜI GIỚI THIỆU Mạng truyền thông công nghiệp mô đun chuyên môn nghề của nghề Điện tử công nghiệp biên soạn dựa theo chương trình khung đã xây dựng ban hành năm 2021 của trường Cao đẳng nghề Cần Thơ dành cho nghề Điện tử công nghiệp hệ Cao đẳng Giáo trình biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình đã xây dựng mức độ đơn giản dễ hiểu, học có thí dụ tập thực hành tương ứng để áp dụng làm sáng tỏ phần lý thuyết Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã dựa kinh nghiệm thực tế giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp, tham khảo giáo trình có cập nhật kiến thức có liên quan để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung biên soạn gắn với nhu cầu thực tế Nội dung giáo trình biên soạn với lượng thời gian đào tạo 45 giờ gồm có: Bài 01: MĐ34-01: Khái quát mạng truyền thông công nghiệp Bài 02: MĐ34-02: Các thành phần tiêu biểu hệ thống mạng Bài 03: MĐ34-03: Mạng Profibus Bài 04: MĐ34-04: Mạng AS-I Trong trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu khoa học cơng nghệ phát triển điều chỉnh thời gian bổ sung kiên thức cho phù hợp Trong giáo trình, chúng tơi có đề nội dung thực hành của để người học cố áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ Tuy nhiên, tùy theo điều kiện sở vật chất trang thiết bị, có thề sử dụng cho phù hợp Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp ý kiến của thầy, giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn hiệu chỉnh hoàn thiện Cần Thơ, ngày tháng năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên: Nguyễn Tuấn Khanh GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx MỤC LỤC Trang TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN BÀI 1: KHÁI QUÁT VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP .7 Giới thiệu Ứng dụng Phân loại cấp tự động hóa Thực hành 11 BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN TIÊU BIỂU TRONG HỆ THỐNG MẠNG 12 Các hệ thống mạng tiêu biểu 12 1.1 Profibus 12 1.2 Can 12 1.3 DeviceNet 13 1.4 Modbus 13 Ghép mạng 13 2.1 Repeater 13 2.2 Bridge 14 2.3 Router 14 2.4 Gateway 15 Mạng Simatic 15 3.1 Các cấp Simatic 16 3.2 Các Subnet SIMATIC 16 Mạng PROFIBUS 19 Thực hành 20 BÀI 3: MẠNG PROFIBUS .21 Giới Thiệu 21 Công nghệ Profibus .21 2.1 Giao thức truyền thông 21 2.2 Công nghệ truyền dẫn 22 Đặc tính của PROFIBUS .24 Truyền thông với PROFIBUS -DP 25 4.1 Truyền thông với Profibus-DP 25 4.2 Truyền thông với PROFIBUS-FMS 25 Mạng PROFIBUS-DP 26 Giới thiệu module EM277 .26 Chương trình sử dụng EM277 – S7-200 kết nối với S7-300 qua profibus .26 7.1 Các thông số kỹ thuật của EM277 .27 7.2 Thiết lập địa họat động của đèn báo hiệu 27 7.3 Kết nối S7-200 thông qua EM277 trạm tớ (DP Slave) 28 7.4 Thiết lập truyền thông 30 7.5 Các vùng nhớ đặc biệt liên quan .32 Thực hành 33 BÀI 4: MẠNG AS-I 34 GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx Giới thiệu chung vị trí mạng AS-I .34 Các AS-I MASTER .39 2.1 AS-I Master PLC S7-200 39 2.2 AS-I Master PLC S7-300 41 Các thành phần của mạng AS-I .42 3.1 Cáp AS-I 42 3.2 AS-I Repeater/Extender .44 3.3 Bộ định địa 46 Chế độ AS-I Master .46 4.1 Nguyên tắc Master/Slave AS-I 46 4.2 Hoạt động của AS-I Slave 47 Hệ thống AS-I 49 5.1 Thiết lập hệ thống AS-I .49 5.2 Hệ thống truyền liệu AS-I 50 AS-I Master Module CP 243-2 50 6.1 Giới thiệu Module CP 243-2 .50 6.2 Đặc tính kỹ thuật của Module CP 243-2 52 Giao tiếp CP 243-2 CPU S7-200 .55 7.1 Giới thiệu module CP243-2 55 7.2 Đặc tính kỹ thuật của CP 234-2 56 7.3 Giao tiếp CP 243-2 PLC s7-200 .56 7.4 Truy cập liệu của AS-I Slave 59 Thực hành 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO .63 GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: MẠNG TRUYỀN THƠNG CƠNG NGHIỆP Mã mơ đun: MĐ 34 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: - Vị trí: Mơ đun bố trí dạy sau song song mơn Điều khiển lập trình cỡ nhỏ, Robot Công nghiệp, Lắp đặt vận hành HTCĐT, Điều khiển thủy lực - Tính chất: Là mơn bắt buộc - Ý nghĩa vai trị của mơ đun: Điện tử ngành phát triển nhanh có nhiều ứng dụng khoa học đời sống xã hội Mạng truyền thơng cơng nghiệp đã đóng vai trị quang trọng khoa học kỹ thuật công nghệ Một điều khiển cần ghép nối với cảm biến cấu chấp hành Giữa điều khiển hệ thống điều khiển phân tán cần trao đổi thông tin với để phối hợp thực điều khiển trình sản xuất Ở cấp cao hơn, trạm vận hành trung tâm điều khiển cần ghép nối giao tiếp với điều khiển để theo dõi, giám sát tồn q trình sản xuất hệ thống điều khiển Mục tiêu mô đun: - Kiến thức: + Trình bày chuẩn truyền thơng + Trình bày nguyên lý hoạt động cấu trúc hoạt động của mạng Profibus AS-I Mô tả cấu trúc mạng truyền thông công nghiệp - Kỹ năng: + Khai báo địa giao tiếp EM277 – S7-200 kết nối với S7-300 qua profibus + Khai báo địa giao tiếp S7-200 CP 243-2 - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Có sáng kiến, tìm tịi, khám phá q trình học tập cơng việc + Có khả tự định hướng, chọn lựa phương pháp tiếp cận thích nghi với học + Có lực đánh giá kết học tập nghiên cứu của Tự học tập, tích lũy kiến thức, kinh nghiệm để nâng cao trình độ chun mơn III Nội dung mơ đun: Nội dung tổng quát phân bổ thời gian: Thời gian (giờ) Thực hành, thí Số Tên mô đun Tổng Lý nghiệm, Kiểm TT số thuyết thảo luận, tra Chương tập Bài 1: Khái quát mạng truyền 2 thông công nghiệp Giới thiệu 0.5 0.5 Ứng dụng 0.5 0.5 Phân loại cấp tự động hóa 1 Thực hành 2 Bài 2: Các thành phần tiêu biểu 2 GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx hệ thống mạng Các hệ thống mạng tiêu biểu Ghép mạng Mạng Simatic Mạng PROFIBUS Thực hành Bài 3: Mạng Profibus Giới thiệu Công nghệ Profibus Đặc tính Profibus Truyền thơng với Profibus Mạng Profibus- DP Giới thiệu modun EM 277 Chương trình sử dụng EM277 – S7200 kết nối với S7-300 qua profibus Thực hành Kiểm tra Bài 4: Mạng AS-I Giới thiệu chung vị trí của mạng AS-I Các AS-I master Các thành phần của mạng AS-I Chế độ AS-I Hệ thống AS-I ASI master mođun CP234-2 Giao tiếp S7-200 CP 243-2 Thực hành Kiểm tra Bài 1: Khái quát mạng truyền thông công nghiệp Giới thiệu Cộng 0.5 0.5 0.5 0.5 16 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 2 10 10 21 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 15 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 2 0.5 45 0.5 15 28 10 14 1 14 GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx BÀI 1: KHÁI QUÁT VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP Mã bài: MĐ 34-01 Giới thiệu: Trong nêu khái quát vấn đề điều khiển cơng nghiệp, giúp sinh viên có thêm tầm nhìn mẽ cách thức điều khiển công nghiệp tương lai gần nước ta Mục tiêu: - Hiểu vấn đề mạng truyền thông - Phân biệt mạng công nghiệp, ứng dụng tầm quang trọng của hệ mở - Chủ động, sáng tạo an tồn cẩn thận q trình học tập Nội dung chính: Giới thiệu Mạng truyền thơng cơng nghiệp hay mạng công nghiệp khái niệm chung hệ thống thơng số, truyền bít nối tiếp, sử dụng để ghép nối thiết bị công nghiệp Các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp phổ biến cho phép liên kết mạng nhiều mức khác nhau, từ cảm biến, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý cơng ty… Về sở kỹ thuật, mạng công nghiệp hệ thống mạng viễn thơng có nhiều đểm tương đồng nhiên có điểm khác biệt sau: - Mạng viễn thơng có phạm vi địa lý số lượng thành viên tham gia lớn nhiều, nên yêu cầu kỹ thuật (cấu trúc mạng, tốc độ truyền thông, tính thời gian thực…), phương pháp truyền thông(truyền tải dải rộng, dải sở, điều biến, dồn kênh, chuyển mạch, ) thường phức tạp nhiều so với mạng truyền thông công nghiệp - Đối tượng của mạng viễn thông bao gồm người thiết bị kỹ thuật, cong người đóng vai trị chủ yếu Vì dạng thơng tin cần trao đổi bao gồm tiếng nói, hình ảnh, văn dư liệu - Đối với mạng công nghiệp thuần túy thiết bị công nghiệp, nên dạng thông tin quan tâm liệu Kỹ thuật truyền thông dụng mạng viễn thông phong phú, kỹ thuật truyền liệu theo chế độ bit nối tiếp đặc trưng của mạng công nghiệp -Mạng truyền thông công nghiệp thực chất dạng đặc biệt của 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 + Mạng máy tính sử dụng cơng nghiệp coi phần (ở cấp điều khiển giám sát, điều hành sản xuất quản lý cơng ty) mơ hình phân cáp của mạng cơng nghiệp + Yêu cầu tính thời gian thực, độ tin cậy khả tương thích mơi trường công nghiệp của mạng truyền thông công nghiệp cao so với mạng máy tính thơng thường, mạng máy tính thường u cầu cao độ bảo mật, Mạng máy tính có phạm vi trải rộng khác nhỏ mạng Lan cho nhóm vài máy tính lớn mạng Internet Trong nhiều trường hợp mạng máy tính gián tiếp sử dụng dịch vụ truyền liệu của mạng viễn thơng Trong đó, hệ thống mạng cơng nghiệp thường có tính chất độc lập, phạm vi hoạt động tương đối hẹp GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx Ứng dụng Một điều khiển cần ghép nối với cảm biến cấu chấp hành Giữa điều khiển hệ thống điều khiển phân tán cần trao đổi thông tin với để phối hợp thực điều khiển trình sản xuất Ở cấp cao hơn, trạm vận hành trung tâm điều khiển cần ghép nối giao tiếp với điều khiển để theo dõi, giám sát tồn q trình sản xuất hệ thống điều khiển Vậy sử dụng mạng truyền thông cơng nghiệp có lợi ích sau: Đơn giản hóa cấu trúc liên kết thiết bị công nghiệp: số lượng lớn thiết bị thuộc chủng loại khác ghép nối với thông qua đường truyền Tiết kiệm dây nối công thiết kế, lắp đặt hệ thống: nhờ 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 kế cho ngun vật liệu cơng lắp đặt Nâng cao độ tin cậy độ xác của thơng tin: Khi dùng phương pháp truyền tín hiệu tương tự cổ điển, tác động của nhiễu dễ làm thay đổi nội dung thông tin mà thiết bị khơng có cách nhận biết Nhờ kỹ thuật truyền thơng số, khơng thơng tin truyền khó bị sai lệch mà thiết bị nối mạng cịn có thêm khả tự phát lỗi chuẩn đốn lỗi có Hơn nữa, việc bỏ qua nhiều lần chuyển đổi qua lại tương tự số số tương tự nâng cao độ xác của thơng tin Nâng cao độ linh hoạt, tính mở của hệ thống: Một hệ thống mạng chuẩn hóa quốc tế tạo điều khiện cho việc sử dụng thiết bị nhiều hãng khác Việc thay thiết bị, nâng cấp mở rộng phạm vi chức của hệ thống dễ dàng nhiều Khả tương tác thành phần nâng cao nhờ giao diện chuẩn Đơn giản hóa/ tiện lợi hóa việc tham số hóa, chuẩn đốn, định vị lỗi, cố thiết bị: Với đường truyền nhất, thiết bị trao đổi liệu trình mà cịn gửi cho liệu tham số, liệu trạng thái, liệu cảnh báo liệu chuẩn đốn Các thiết bị tích hợp khả tự chuẩn 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 của hệ thống: Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp cho phép áp dụng kiến trúc điều khiển điều khiển phân tán, điều khiển giám sát chuẩn đoán lỗi từ xa qua Internet, tích hợp thơng tin của hệ thống điều khiển giám sát với thông tin điều hành sản xuất quản lý công ty Phân loại cấp tự động hóa Để phân loại phân tích đặc trưng của hệ thống mạng truyền thông công nghiệp, ta dựa vào mơ hình phân cấp quen thuộc cho cơng ty, xí nghiệp sản xuất Mơ hình thể nhiều phân cấp khác theo chức năng: GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx Hình 1.1: Tháp mạng truyền thơng cơng nghiệp Ta nhận thấy cấp chức mang tính chất địi hỏi yêu cầu cao độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng Một chức cấp thực dựa chức cấp khơng địi hỏi thời gian phản ứng nhanh lượng thông tin cần trao đổi xử lý lớn nhiều Tương ứng với năm cấp chức bốn cấp của hệ thống truyền thông Từ cấp điều khiển giám sát trở xuống thuật ngữ “bus” thường dùng thay cho “mạng” với lý phần lớn hệ thống mạng phía có cấu trúc vật lý logic kiểu bus Mơ hình phân cấp chức tiện lợi cho việc thiết kế hệ thống lựa chọn thiết bị Trong thực tế ứng dụng, phân cấp chức khác chút so với trình bày đây, tùy thuộc vào mức độ tự động hóa cấu trúc hệ thống cụ thể Bus trường, bus thiết bị: Bus trường thực khái niệm chung dùng ngành công nghiệp chế biến để hệ thống bus nối tiếp, sử dụng kỹ thuật truyền tin số để kết nối thiết bị thuộc cấp điều khiển (PC, PLC) với với thiết bị cấp chấp hành hay thiết bị trường Các chức của cấp chấp hành đo lường, truyền động chuyển đổi tín hiệu trường hợp cần thiết Các thiết bị có khả nối mạng ngõ vào/ra phân tán, thiết bị đo lường cấu chấp hành có tích hợp khả sử lý truyền thơng Một số kiểu bus trường thích hợp nối mạng thiết bị cảm biến cấu chấp hành với điều khiển gọi bus chấp hành/cảm biến Do nhiệm vụ của bus trường chuyển liệu trình lên cấp điều khiển để xử lý chuyển định điều khiển xuống cấu chấp hành, yêu cầu tính thời gian thực đặt lên hàng đầu Các hệ thống bus trường sử dụng rộng rãi là: FROFIBUS, CAN, Modbus, Internetbus gần phải kể tới: Foundation Fieldbus, AS-i Bus hệ thống, bus điều khiển: GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx Các hệ thống mạng công nghiệp dùng để kết nối máy tính điều khiển máy tính cấp điều khiển giám sát với gọi bus hệ thống hay bus trình Khái niệm sau thường dùng lĩnh vực điều khiển trình Qua bus hệ thống mà máy tính điều khiển phối hợp hoạt động, cung cấp liệu trình cho trạm kỹ thuật trạm quan sát (có thể gián tiếp thông qua hệ thống quản lý sở liệu trạm chủ) nhận mệnh lệnh, tham số điều khiển từ trạm phí Thơng tin khơng trao đổi theo chiều dọc mà cịn theo chiều ngang Các trạm kỹ thuật, trạm vận hành trạm chủ trao đổi liệu qua bus hệ thống Ngoài máy in báo cáo lưu trữ liệu kết nối qua mạng Khái niệm bus trường bus hệ thống không bắt buộc nằm khác kiểu bus sử dụng mà mục đích sử dụng hay nói cách khác thiết bị ghép nối Trong số giải pháp, kiểu bus dùng cho hai cấp Đối với bus hệ thống, tùy theo lĩnh vực ứng dụng mà địi hỏi tính thời gian thực có đặt cách nghiêm ngặt hay không Thời gian phản ứng tiêu biểu nằm khoảng vài trăm mili giây, lưu lượng thông tin cần trao đổi lớn nhiều so với bus trường Tốc độ truyền thông tiêu biểu của bus hệ thống nằm phạm vi từ vài trăm kbit/s đến vài Mbit/s Khi bus hệ thống sử dụng để ghép nối theo chiều ngang máy tính điều khiển, người ta thường dùng khái niệm bus điều khiển Vai trò của bus điều khiển phục vụ trao đổi liệu thời gian thực trạm điều khiển hệ thống có cấu trúc phân tán Bus điều khiển thơng thường có tốc độ truyền khơng cao, yêu cầu tính thời gian thực thường khắc khe Mạng xí nghiệp: Mạng xí nghiệp thực mạng LAN bình thường có chức kết nối máy tính văn phịng thuộc cấp điều hành sản xuất với cấp điều khiển giám sát Thông tin đưa lên bao gồm trạng thái làm việc của trình kỹ thuật, giàn máy của hệ thống điều khiển tự động, số liệu tính tốn, thống kê diễn biến qua trình sản xuất chất lượng sản phẩm Thông tin theo chiều ngược lại thông số thiết kế, công thức điều khiển mệnh lệnh điều hành Ngoài ra, thông tin trao đổi mạnh theo chiều ngang máy tính thuộc cấp điều hành sản xuất Khác với hệ thống bus cấp dưới, mạng xí nghiệp khơng u cầu nghiêm ngặt tính thời gian thực Việc trao đổi liệu thường diễn khơng định kỳ, có số lượng lớn tới hang Mbyte Hai loại mạng dung phổ biến cho mục đích Ethernet Token-Ring sở giao thức chuẩn TCP/IP IPX/SPX Mạng công ty: Mạng cơng ty nằm mơ hình phân cấp hệ thống truyền thông của công ty sản xuất công nghiệp Đặc trưng của mạng công ty gần với mạng viễn thông mạng máy tính diện rộng nhiều phương diện phạm vi hình thức dịch vụ, phương pháp truyền thơng yêu cầu kỹ thuật Chức của mạng cơng ty kết nối máy tính văn phịng của xí nghiệp, cung cấp dịch vụ kết nối máy tính văn phịng với xí nghiệp, cung cấp dịch vụ trao đổi thông tin nội với khách hàng thư viện điện tử, thư điện tử, hội thảo từ xa qua điện thoại, hình ảnh, cung cấp dịch vụ truy cập Internet thương mại điện tử, v v Hình thức tổ chức ghép nối mạng công nghệ áp dụng đa dạng, tùy thuộc vào đầu tư xí nghiệp thực hệ thống mạng 10 GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx Hệ thống AS-I 5.1 Thiết lập hệ thống AS-I Hệ thống AS-I nterface giải pháp thích hợp công nghiệp để nối sensor actuator nhị phân vào thiết bị cấp điều khiển Nó ghép Sensor Actuator vào PLC, NC, RC (Robot Controller) Phần tử của AS-I Slave-chip mà qua sensor actuator nối với cáp AS-I Trong chu kỳ, bit thông tin truyền nối tiếp đến Slave từ Master bit trả lại Dữ liệu sử dụng liệu nhập xuất Thông thường cáp AS-I cáp dẹt hai dây khơng có bọc giáp cáp trịn chuẩn có nhiệm vụ truyền liệu nguồn điện đồng thời Hình vẽ 4.23 minh họa hệ thống AS-I Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat Hình 4.24: Nguyên tắc thiết lập hệ thống AS-I Dữ liệu truyền hai chiều cáp AS-I : token, actuator khơng nhận lệnh đặt mà cịn tự giám sát kết tác động của báo cáo điều khiển (“intelligent actuator”) AS-I truyền bit/chu kỳ, cho phép nối thiết bị analog vào mạng, kết sử dụng nhiều chu kỳ AS-I Hình vẽ 4.24 cho thấy hình ảnh đầy đủ của mạng AS-I 49 GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx Hình 4.25: Hệ thống AS-I Các Module mạng AS-I gồm có: Module ghép (a b) Module người dùng (c đến f) Các nhánh cấu trúc mạng minh hoạ số Module ghép (a) 5.2 Hệ thống truyền liệu AS-I Hình vẽ 4.35 hệ thống AS-I gồm thành phần hardware kết nối với với mơi trường ngồi qua giao tiếp Các thành phần gồm: - Hệ thống truyền dẫn (transmission system) - Các Slave - Master Hệ thống truyền gồm cáp AS-I hai dây kết nối Slave với đến Master qua kiến trúc khác nhau, nguồn điện AS-I ghép liệu (data decoupling) Việc truyền thông liệu lượng thực qua hệ thống truyền dẫn AS-I Master Module CP 243-2 6.1 Giới thiệu Module CP 243-2 Module CP 243-2 dùng để giao tiếp mạng AS-I PLC S7-200 Nó cho phép liên kết PLC S7-200 với thiết bị điều khiển mạng AS-I (PLC đóng vai trị AS-I Master) Hình dạng thực tế của Module CP 243-2 minh họa theo hình vẽ: 50 GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx Hình 4.26: Module CP 243-2 Hệ thống mạng AS-I kết nối qua Module CP 243-2 biểu diễn theo hình vẽ: TP HCM Hình 4.27: Mạng AS-I dùng Module CP 243-2 51 GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx Module CP 243-2 xem thay cho Module mở rộng (một Module số 8DI/8DO Module tương tự 8AI/8AO Đặc tính của Module CP 243-2 thiết kế tương đương với Module mở rộng theo tiêu chuẩn của PLC S7-200 6.2 Đặc tính kỹ thuật Module CP 243-2 Được trình bày theo bảng bên dưới: Bảng 4.2: Đặc tính kỹ thuật Module CP 243-2 Đặc tính Giải thích Chu kỳ AS-I ms với 31 Slave 10 ms với 62 Slave dùng chế độ địa mở rộng Cấu hình của giao diện AS-I Bằng nút nhấn mặt trước của panel dùng lệnh cấu hình (xem phần mô tả lệnh AS-I) Các profile AS-I Master M1e hỗ trợ Cáp AS-I Qua khối đầu cuối S7-200 Dòng điện tối đa cho phép tải từ đầu cuối đến hay từ đầu cuối đến 3A Dãi địa Một Moudle số vào/8 Một Moudle số vào/8 Module tương tự vào/ Nguồncung cấp cho V DC SIMATIC backplane Dòng tổng từ nguồn V DC tối đa 220 mA Nguồn cung cấp từ cáp AS-I tuỳ thuộc vào đặc tính kỹ thuật của AS- I Dòng tổng từ cáp AS-I tối đa 100 mA Công suất tổng 3.7 W Nhiệt độ hoạt động 00 đến 450 C Nhiệt độ vận chuyển tích -400 đến +700 C trữ Độ ẩm Tối đa 95% nhiệt độ +250 C IP 20 Loại bảo vệ Dạng Module Kích thước (W x H x D) hệ Module mở rộng S7-200 71x80x62 Sắp xỉ 220 g mm Khối lượng Các chế độ CP 243-2: Hoạt động chuẩn: Ở chế độ chương trình của người sử dụng truy cập liệu của Slave dùng giao tiếp AS-I liệu chẩn đoán của CP 243-2 Việc lập trình đơn giản loại thích hợp cho phần lớn cơng việc tự động Hoạt động mở rộng: Ở chế độ này, chương trình của người sử dụng dùng giao tiếp lệnh của CP 243-2 Điều có nghĩa tồn phạm vi chức hệ thống AS-I sẵn sàng cho người lập trình PLC Loại thích hợp profile M1e của AS-I Master Hiển thị điều khiển hoạt động: Thay đổi trạng thái hiển thị: Ta thay đổi hiển thị trạng thái, hiển thị Slave, hiển thị nút DISPLAY Mỗi lần nhấn nút chuyển sang trạng thái hiển thị Ở hiển thị 52 GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx Slave, Slave giao tiếp AS-I hiển thị nhóm Slave Ta di chuyển đến nhóm Slave cách nhấn nút DISPLAY Các Slave nhóm A (tiêu chuẩn) hiển thị đầu tiên, đến Slave B (Led “B” sáng) Ta chuyển trở hiển thị trạng thái sau: - Sau ta cho hiển thị nhóm cuối (Slave 30B, 31B) cách nhấn nút DISPLAY - Khi ta không nhấn nút DISPLAY lúc lâu (khoảng phút) Ý nghĩa của LED: Ở mặt trước của CP 243-2 có hàng LED: Các LED: CM, AUP, CER, APF, PWR, SF hàng dùng hiển thị trạng thái LED B thị Slave B, bật sáng chế độ hiển thị Slave tích cực Slave B hiển thị LED đầu tiên hàng thị Slave kết nối, LED lại thị nhóm Slave Ý nghĩa của LED tuỳ thuộc vào trạng thái hiển thị nhóm Nếu tất LED của hiển thị nhóm tắt, chế độ hiển thị trạng thái tích cực, LED: CM, AUP, CER, APF, PWR, SF thị trạng thái hoạt động của CP 243-2 Nếu tối thiểu có LED của hiển thị nhóm sáng, chế độ hiển thị trạng thái bị tắt (ngoại trừ LED “PWR” sáng) chế độ hiển thị Slave hoạt động Ý nghĩa led tóm tắt bảng sau: Bảng 4.3: Bảng tóm tắt ý nghĩa led LED(màu) Trạng thái Ý nghĩa CM (vàng) AUP (lục) CER (vàng) Chế độ cấu hình LED hiển thị chế độ hoạt động của CP 243-2 + Sáng: chế độ cấu hình + Tắt : chế độ bảo vệ Autopro available Trong chế độ bảo vệ, LED thị việc lập trình địa tự động của Slave AS-I Việc lập trình làm cho dễ dàng thay đổi Slave bị lỗi cáp AS-I Lỗi cấu hình LED cấu hình Slave kiểm tra cáp AS-I có phù hợp với cấu hình mong đợi hay khơng Nếu khơng phù hợp LED sáng APF (đỏ) Lỗi nguồn AS-I Chỉ thị điện áp cung cấp nguồn AS-I cáp AS-I thấp hoạt bị hỏng PWR (lục) Nguồn Chỉ thị CP 243-2 cấp nguồn SF (đỏ) Lỗi hệ thống LED sáng trường hợp sau: + CP 243-2 phát lỗi bên (ví dụ lỗi của EEPROM) + CP 243-2 thực việc chuyển đổi chế độ yêu cầu tại.(ví dụ có Slave tồn với địa 0) nút cài đặt nhấn Nút cài đặt SET: Được dùng để đặt cấu hình cho CP 243-2 Chế độ hiển thị Gồm chế độ hiển thị trạng thái hiển thị Slave 53 GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx Chế độ hiển thị trạng thái: Chế độ hiển thị trạng thái tích cực khơng có LED hiển thị nhóm sáng Chế độ hiển thị trạng thái chế độ mặc định trạng thái của CP 243-2 Chế độ hiển thị Slave: Ta chuyển sang chế độ hiển thị Slave cách nhấn nút DISPLAY Tiếp tục nhấn nút DISPLAY ta chuyển từ nhóm Slave đến nhóm Slave khác Các đặc tính của chế độ hiển thị Slave: - Nếu CP 243-2 chế độ đặt cấu hình tất Slave phát hiển thị - Nếu CP 243-2 chế độ bảo vệ tất Slave tích cực hiển thị Ở chế độ bảo vệ, Slave bị hỏng chưa đặt cấu hình thị việc chớp LED tương ứng Xét ví dụ hiển thị Slave theo hình vẽ sau: Hình 4.28: Ví dụ hiển thị Slave Từ hình vẽ hiển thị bên trên, ta nhận thông tin sau: - Nhóm LED thứ sáng (ví dụ hàng thứ từ xuống) (các Slave – 9) - Nếu LED thứ thứ sáng có nghĩa Slave tích cực - Nếu LED “B” sáng có nghĩa Slave 6B 8B tích cực Cấu hình giao tiếp AS-I nút SET CP 243-2 phân biệt chế độ hoạt động giao tiếp AS-I: - Chế độ đặt cấu hình - Chế độ bảo vệ Bằng việc nhấn nút SET ta thay đổi chế độ hoạt động Lưu ý: Nút SET có tác dụng bit PLC_RUN = thiết lập byte điều khiển của CP 243-2 Chế độ đặt cấu hình: Chế độ cấu hình dùng để thiết lập khởi tạo việc cài đặt giao tiếp AS-I 54 GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx Nếu CP 243-2 chế độ cấu hình (LED “CM” sáng), trao đổi liệu với Slave AS-I kết nối vào cáp AS-I (ngoại trừ Slave địa 0) Các Slave thêm vào Master phát lập tức, kích hoạt bao hàm việc trao đổi liệu theo chu kỳ Khi việc thiết lập khởi tạo hồn thành, CP 243-2 chuyển sang chế độ bảo vệ việc nhấn nút SET Tại thời điểm, Slave tích cực cấu hình Dữ liệu theo sau lưu vĩnh viễn CP 243-2: Địa của Slave Các mã ID (mã ID, mã ID1 mở rộng, mã ID2 mở rộng) Cấu hình I/O Các tham số của Slave Đặt cấu hình gồm bước sau: Chuẩn bị cấu hình: Phải đảm bảo tình sau thực hiện: 1- CPU S7-22X phải đặt chế độ STOP (PLC_RUN = 0) 2- CP 243-2 tất Slave phải kết nối vào AS-I cấp nguồn nguồn AS-I Đặt cấu hình: Nhấn nút DISPLAY để đặt CP 243-2 chế độ hiển thị trạng thái Kiểm tra xem CP 243-2 có chế độ cấu hình hay chưa (LED “CM” sáng) Nếu chưa chuyển sang chế độ cấu hình nút SET Bằng việc chuyển sang chế độ hiển thị Slave (bằng nút DISPLAY), ta kiểm tra xem tất Slave đã kết nối vào AS-I có tồn hay không Nhấn nút SET để chuyển CP 243-2 sang chế độ bảo vệ: Tại thời điểm CP 243-2 chuyển sang chế độ bảo vệ LED “CM” tắt LED “CER” tắt “cấu hình mong đợi” chứa CP 243-2 phù hợp với “cấu hình thật” của AS-I Chế độ bảo vệ: Ở chế độ bảo vệ, CP 243-2 trao đổi liệu với Slave đã cấu hình Việc chuyển từ chế độ cấu hình sang chế độ bảo vệ thực mà khơng có Slave có địa kết nối với giao tiếp AS-I Nếu Slave “0” kết nối, LED “SF” sáng lên nút SET nhấn Giao tiếp CP 243-2 CPU S7-200 7.1 Giới thiệu module CP243-2 Module CP 243-2 chiếm khe Module mở rộng liên tiếp của PLC S7-200 Module số 8DI/8DO Module tương tự 8AI/8AO Hình 4.29: Giao tiếp CP 243-2 với CPU S7-200 55 GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx Module số Chiếm bit ngõ vào bit ngõ vùng địa ngõ vào ngõ số CPU S7-200 CP 243-2 phối hợp với qua Module số Module tương tự: Module tương tự chiếm 16 byte vào 16 byte vùng địa ngõ vào ngõ tương tự Dữ liệu trao đổi với AS-I Slave xử lý thông qua Module tương tự Cơ cấu chọn bank cho thấy khu vực liệu định địa Module tương tự lớn khu vực định địa CPU S7-200 Module mở rộng 7.2 Đặc tính kỹ thuật CP 234-2 Tham khảo mục 7.3 Giao tiếp CP 243-2 PLC s7-200 Đề hiểu giao tiếp của CP243 PLC s7-200 cần hiểu rỏ cách định địa CP 243-2 CPU S7-200 Những địa bắt đầu của vùng địa xác định dựa vào yếu tố sau: Loại CPU S7-200 sử dụng Khe của CP 243-2 CPU S7-200 Các địa của vùng địa ngõ vào/ra số tương tự tương ứng với cấu hình của CPU 224 cho theo bảng sau: Bảng 4.4: Địa vào/ra số tương tự CP 243-2 theo CPU 224 -Byte trạng thái (thanh ghi ngõ vào 8DI): Thanh ghi trình bày trạng thái của CP 243-2 liên quan đến giao diện AS-I Master bit của byte trạng thái cho bảng sau: Bảng 4.5: Cấu trúc byte trạng thái Bảng 4.6: Các bit 0, mô tả theo bảng sau: 56 GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx Bảng 4.7: Mô tả bit Bit AS-I-MODE Giá trị Ý nghĩa CP 243-2 chế độ bảo vệ CP 243-2 chế độ cấu hình CP 243-2 chưa sẳn sàng hoạt động sau bật nguồn cung cấp Sự định giá của liệu I/O CP_READY thông tin khác từ CP chưa cho phép CP 243-2 sẳn sàng hoạt động Bit đáp ứng giao diện AS-I_RESP 0/1 lệnh AS- I Byte điều khiển (thanh ghi ngõ 8DO) Chương trình sử dụng điều khiển việc trao đổi liệu CP 243-2 dùng ghi Cấu trúc byte điều khiển co theo bảng sau: Bảng 4.8: Cấu trúc byte điều khiển Các bit của byte điều khiển cho theo bảng sau: Bảng 4.9: Mô tả bit byte điều khiển Bit Giá trị Ý nghĩa BS0 … BS5 … 63 (thập phân) Các bit chọn bank Module tương tự AS-I_COM 0/1 Bit công việc cho giao diện lệnh AS-I Báo cho CP 243-2 biết CPU S7-200 chế độ stop CP 243-2 gửi giá trị “0” đến tất Slave nhị phân Giá trị tương tự truyền tới ngõ của Slave bị ngắt CPU S7-200 tự động đặt giá trị “0” chuyển từ chế độ RUN sang STOP Báo cho CP 243-2 biết CPU S7-200 chế độ RUN PLC_RUN CP 243-2 gửi nội dung ngõ của ghi đến tất AS-I Slave Chương trình sử dụng phải đặt bit lên “1” suốt trình khởi động Khơng đặt bit PLC_RUN mãi mức “1” với S7-200 hoạt động chức hệ thống chẳng hạn như: “cấu hình CPU/ cài đặt ngõ ra” “tác động ngõ ra” Module tương tự: Ý nghĩa của liệu Module tương tự: Module tương tự của CP 243-2 gồm vùng: - Thanh ghi nhận dạng, bit - Thanh ghi lỗi, bit 57 GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx - Thanh ghi ngõ vào 8AI - Thanh ghi ngõ 8AO Biều đồ xử lý chức CPU Module tương tự của CP 243-2 biểu diễn theo hình vẽ sau: Hình 4.30: Biểu đồ xử lý liệu Module tương tự CP 243-2 Thanh ghi nhận dạng Module tương tự: Ý nghĩa: Thanh ghi định dạng cho biết tồn của Module số 8AI/8AO với giá trị ấn định bên Địa nơi mà chương trình truy cập ghi nhận dạng dựa vào khe mà CP 243-2 cắm vào Dãi giá trị: Thanh ghi định dạng đọc thông qua vùng nhớ bit đặc biệt của CPU S7-200 Nó cung cấp giá trị cố định 01H Ví dụ: Giả sử CP 243-2 gắn trực tiếp bên cạnh S7-200 Khi nội dung ghi nhận dạng đọc từ SMB10 Thanh ghi lỗi Module tương tự: Với ghi CP 243-2 báo lỗi cho chương trình sử dụng Cấu trúc của ghi lỗi biểu diễn bảng sau: Bảng 4.8: Cấu trúc ghi lỗi Các bit giá trị của chúng ghi lỗi mô tả theo bảng sau: Bit CER Giá trị Ý nghĩa Cấu hình AS-I (chỉ chế độ bảo vệ) Led “CER” tắt Cấu hình AS-I sai (chỉ chế độ bảo vệ) Điều cho thấy khác biệt cấu hình của Slave phát cáp AS- I với cấu hình mong đợi CP 243-2 Led “CER” sáng 58 GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx APF Điện áp AS-I Led “APF” tắt Điện áp AS-I sai Điều cho thấy điện áp cung cấp cáp AS-I thấp Led “APF” sáng Bit “CER” thị lỗi cấu hình chế độ bảo vệ Ở chế độ cấu hình ln “0” Bank 0: - Dữ liệu ngõ vào nhị phân của AS-I Slave từ đến 31 1A đến 31A - Thông qua từ ngõ vào tương tự ta truy cập ngõ vào nhị phân của Slave tiêu chuẩn Slave A - Dữ liệu ngõ nhị phân của AS-I Slave từ đến 31 1A đến 31A Thông qua từ ngõ tương tự này, bạn truy cập ngõ nhị phân của Slave tiêu chuẩn hay Slave A 7.4 Truy cập liệu AS-I Slave Yêu cầu Trước truy cập liệu I/O của AS-I Slave, bắt buộc phải theo u cầu sau đây: - Khơng kích hoạt việc lọc ngõ vào tương tự CP 243-2 khối liệu hệ thống của của CPU S7-200 - Đặt bit “PLC_RUN” (bit 7) byte điều khiển số lên “1” đầu chương trình theo chu kỳ - Kế việc truy cập đến liệu I/O cho phép bit “CP_READY” (bit của byte trạng thái số đặt lên “1” Truy cập đến giá trị nhị phân: CP 243-2 ấn định bit (một nibble) vùng liệu vào AS-I Slave PLC viết đọc nibble Điều cho phép Slave hướng định địa Nhiệm vụ của ngõ vào AS-I của Slave tiêu chuẩn Slave A (Bank vùng liệu ngõ vào tương tự của CP) Vùng liệu vào của AS-I Slave cho theo bảng sau: Bảng 4.10: Vùng liệu vào AS-I Slave (m: địa bắt đầu của Module tương tự CP hướng ngõ vào) 59 GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx Nhiệm vụ của ngõ AS-I của Slave tiêu chuẩn Slave A (Bank vùng liệu ngõ tương tự của CP) Bảng 4.11: Vùng liệu AS-I Slave (m: địa bắt đầu của Module tương tự CP hướng ngõ ra) Trao đổi liệu chế độ STOP của CPU S7-22xx Chế độ STOP, CPU S7-22xx tự động đặt bit PLC_RUN vùng điều khiển số “0” Do đó, CP 243-2 xuất liệu “0” đến tất Slave nhị phân Đặc điểm Slave tương tự: Ở chiều ngõ vào, CP 243-2 đặt nibble (được định tới Slave) “0” Ở chiều ngõ ra, CP 243-2 không quan tâm đến nibble định đến Slave Thực hành Bài thực hành số 1: Một mạng AS-I có cấu trúc hình dưới, K1 có chu kỳ làm việc hình 1, K2 có chu kỳ làm việc hình 4.32 Bảng 4.12: Địa I/O CPU 224 SM CP 243-2 14DI 10DO 8DI 8DO I0.0 I1.0 Q0.0 Q1.0 I2.0 Q2.0 I0.1 I1.1 Q0.1 Q1.1 I2.1 Q2.1 8DI/8DO I0.2 I1.2 Q0.2 I2.2 Q2.2 8AO/8AI I0.3 I1.3 Q0.3 I2.3 Q2.3 I0.4 I1.4 Q0.4 I2.4 Q2.4 I0.5 I1.5 Q0.5 I2.5 Q2.5 I0.6 Q0.6 I2.6 Q2.6 I0.7 Q0.7 I2.7 60 Q2.7 GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx Hình 4.31: Cấu trúc AS-I Hình 4.32: Chu kỳ làm việc hệ thống Viết chương trình theo yêu cầu: Nhấn Start (I0.0) K1 hoạt động 10 chu kỳ dừng, K2 hoạt động 20 chu kỳ dừng Nhấn Stop (I0.1) dừng Bài thực hành số 2: Cho hệ thống mạng ASI hình 4.33 bên dưới: Bảng 4.13: Bảng địa I/O CPU 224 CP243-2 14DI 10DO I0.0 I1.0 Q0.0 Q1.0 I0.1 I1.1 Q0.1 Q1.1 8DI/8DO I0.2 I1.2 Q0.2 8AO/8AI I0.3 I1.3 Q0.3 I0.4 I1.4 Q0.4 I0.5 I1.5 Q0.5 I0.6 Q0.6 I0.7 Q0.7 Hình 4.33: Hệ thống mạng AS-I Viết chương trình theo yêu cầu: 61 GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx Nếu đếm đủ sản phẩm báo đèn sáng Nếu nhấn rest tắt đèn xóa đếm Những trọng tâm cần ý - Phân biệt AS-I master S7-200 AS-I master S7-300 - Các chế độ AS-I Master - Nguyên tắt Master/Slave AS-I Bài tập mở rộng nâng cao Câu 1: Trình bày cấu trúc mạng AS-i? Câu 2: Trình bày thành phần của mạng AS-I? Yêu cầu đánh giá kết học tập Nội dung: - Về kiến thức: Liệt kê cấu trúc mạng AS-I - Về kỹ năng: Xác định xử lý số vấn đề đơn giản - Về lực tự chủ trách nhiệm: Có tác phong cơng nghiệp, ý thức tổ chức kỷ luật, khả làm việc độc lập phối hợp làm việc nhóm trình thực tập Phương pháp: - Về kiến thức: Được đánh giá hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm - Về kỹ năng: Xác định xử lý số vấn đề đơn giản - Về lực tự chủ trách nhiệm: Đánh giá phong cách học tập Điều kiện hồn thành mơ đun để dự thi kết thúc mô đun: + Người học tham dự 70% thời gian học lý thuyết đầy đủ buổi học thực hành + Điểm trung bình chung điểm kiểm tra đạt từ 5,0 điểm trở lên theo thang điểm 10 + Người học có giấy xác nhận khuyết tật theo quy định hiệu trưởng xem xét, định ưu tiên điều kiện dự thi sở người học phải bảo đảm điều kiện điểm trung bình điểm kiểm tra + Số lần dự thi kết thúc mô đun theo quy định khoản Điều 13 Thông tư 09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13 tháng năm 2017 Điều kiện để công nhận, cấp chứng nhận đạt mô đun đào tạo: + Người học công nhận cấp chứng nhận đạt mơ đun có điểm trung bình mơ đun theo thang điểm 10 đạt từ 4,0 trở lên 62 GT MTTCN 01-2015.docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019.docx TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mạng truyền thông công nghiệp Hoàng Minh Sơn, nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2006 [2] CANopen specification, CAN in automation http://ww.can-cia.de/ [3] Werner Kriesel, O.W Madelung (Biên tập): AS-Iterface, Das Aktuator-sensor-interface die automation Hanser – Verlag, munchen – Wien, 1994 [4] Profinet, profibus siemens http://www.automation.siemens.com/mcms/automation/de/industrielle-kommunikation/ profinet/seiten/default.aspx 63