(Tiểu luận) thiết kế, xây dựng hệ thống điều khiển từ xa động cơ (gồm 1trung tâm điều khiển và 2 cụm động cơ), sử dụng mạng profibus

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ - BÀI TẬP NHÓM SCADA Thiết kế, xây dựng hệ thống điều khiển từ xa động (gồm trung tâm điều khiển cụm động cơ), sử dụng mạng Profibus (Sử dụng PLC kết nối với biến tần hỗ trợ mạng Profibus) NGUYỄN VĂN PHAI MSSV: 42001225 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 2023-2024 Chủ đề 20 Thiết kế, xây dựng hệ thống điều khiển từ xa động (gồm trung tâm điều khiển cụm động cơ), sử dụng mạng Profibus (Sử dụng PLC kết nối với biến tần hỗ trợ mạng Profibus)  Lý thuyết mạng Profibus, chuẩn RS-485, RS232, (lý thuyết, sơ đồ đấu nối dây)  Thiết kế phần cứng (nêu tên số lượng thiết bị, tên thiết bị), sơ đồ đấu nối dây  Giá thành thành phần hệ thống (phần cứng phần mềm) giá nhân công (giá thiết bị điều khiển PLC, thiết bị chấp hành, thiết bị cảm biến, phần mềm lập trình…)  Cấu hình mạng TIA portal CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG PROFIBUS I.TRUYỀN THƠNG CƠNG NGHIỆP Cơng nghệ thơng tin thúc đẩy cơng nghệ tự động hố phát triển Nó làm thay đổi cấp, cấu trúc trình lĩnh vực tụ động hố ngày có ảnh hưởng đến tất lĩnh vực công nghiệp từ điều khiển q trình, tự động hố xí nghiệp, tự động hố tồ nhà đến điều khiển giao thơng Khả truyền thông thiết bị đường truyền thông tin suốt, liên tục thành phần khơng thể thiếu khái niệm tự động hố tương lai Sự truyền thông tăng không chiều ngang cấp trường mà theo tất cấp Hệ thống truyền thơng cơng nghiệp có nhiều dạng Ethernet, PROFIBUS ASI điều kiện lý tưởng cho việc nối mạng tất lĩnh vực trình sản xuất theo trường hợp ứng dụng giá Cuộc cách mạng công nghệ thông tin cơng nghệ tự động hố mở động lực tối ưu hoá việc xử lý đóng vai trị để sử dụng tốt nguồn tài nguyên Hệ thống truyền thông công nghiệp đảm nhận vai trị quan trọng PROFIBUS mơ tả liên kết trung tâm cho dịng chảy thơng tin tự động hố Sự mơ tả ASI xem tài liệu liên quan Sự tích hợp PROFIBUS mạng truyền thơng xí nghiệp dựa sở TCP/IP Hình 1: Mạng truyền thơng cơng nghiệp II.CƠNG NGHỆ PROFIBUS PROFIBUS (Process Field Bus) Bus trường chuẩn mở rộng, không phụ thuộc nhà sản xuất dùng cho ứng dụng tự động hoá sản xuất xử lý Sự độc lập tính mở rộng đảm bảo theo tiêu chuẩn quốc tế EN 50170 EN 50254 PROFIBUS cho phép truyền thông thiết bị nhà sản xuất khác không đỏi hỏi giao tiếp đặc biệt PROFIBUS sử dụng cho ứng dụng nhanh theo chu kỳ mà cho nhiệm vụ truyền thông đặc biệt Nhờ phát triển kỹ thuật liên tục mà PROFIBUS hệ thống truyền thơng cơng nghiệp tương lai Hình 2: PROFIBUS & ETHERNET PROFIBUS có phương thức truyền thơng chia theo dạng truyền thông (Communication Profies): DP FMS Tuỳ thuộc vào ứng dụng sử dụng kỹ thuật truyền RS-485, RS-232 cáp quang Dạng ứng dụng (Application profiles): qui định phương thức công nghệ truyền tuỳ chọn cần thiết theo vùng ứng dụng cho loại thiết bị Các profiles qui định đặc tính thiết bị mở rổng nhà sản xuất 2.1 Dạng truyền thông (Communication profiles) PROFIBUS communication Profiles qui định trạm truyền liệu nối tiếp qua môi trường truyền chung  DP DP dạng truyền thông sử dụng nhiều Nó tối ưu hố tốc độ truyền, hiệu chi phí kết nối thiết kế đặc biệt cho truyền thông hệ thống tự động ngoại vi phân tán DP, thay phù hợp cho truyền tín hiệu song song 24V thơng thuờng tự động hố sản xuất truyền tín hiệu Analog 20mA Hart tự động hoá xử lý Document continues below Discover more from: điện-điện tử Đại học Tơn Đức… 319 documents Go to course Mathvn tốn cao cấp 160 điện-điện tử 100% (4) Focus on Ielts 179 33 Foundation điện-điện tử 100% (4) Thí nghiệm Vi điều khiển điện-điện tử 100% (4) TDT- BAI TAP AN 10 TOAN DIEN 2020 điện-điện tử 100% (3) Giáo trình An toàn 89 điện Phần - PGS.… điện-điện tử 100% (2) Đo lường điện 27  FMS thiết bị đo - NGÂN… điện-điện tử 100% (2) FMS dạng truyền thông đa cho công việc truyền thông theo yêu cầu FMS mang lại chức truyền thông đại cho truyền thông thiết bị thông minh (Intelligent Device) Tuy nhiên, phát triển kỹ thuật PROFIBUS việc sử dụng TCP/IP cấp Cell mà FMS ngày chiếm vai trị quang trọng tương lại Hình 3: Tổng quan công nghệ PROFIBUS 2.2.Kỹ thuật truyền Vùng ứng dụng hệ thông Bus trường chủ yếu xác định lựa chọn kỹ thuật truyền có Cũng yêu cầu chung dựa hệ thông Bus độ tin cậy, khoảng cách lớn tốc độ truyền cao Trong tự động hoá xử lý yêu cầu khác phải thoả mãn hoạt động vùng nguy hiểm, truyền liệu lượng cáp 2.3.Ứng dụng PROFIBUS Application Profiles mô tả tác động qua lại giữ phương thức truyền thông với kỹ thuật truyền sử dụng Chúng qui định đặc tính thiêt bị trường suốt q trình truyền thơng qua PROFIBUS Qui định ứng dụng quan trọng PROFIBUS qui định (Profiles) IPA, qui định thơng số khối chức thiết bị tự động hố q trình chuyển đổi đo, van, định vị Cao điều khiển tốc độ, HMI mã hố (Encoder) qui định đặc tính thiết bị mở rộng nhà sản xuất III CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN PROFIBUS qui định đặc tính hệ thống Bus trường nối tiếp, với qui định điều khiển lập trình số đặt phân tán nối mạng, từ cấp field tới cấp Cell PROFIBUS hệ thống MultiMaster cho phép kết hợp nhiều hệ thống tự động hố, hệ thống cơng nghệ hệ thống điều khiển với thiết bị ngoại vi phân tán chúng vào Bus PROFIBUS có hai loại thiết bị sau  Master xác định việc truyền liệu BUS Một Master phép gửi thông báo mà không cần yêu cầu từ bên ngồi, giữ quyền truy cập BUS (giữ TOKEN) Các Master gọi trạm tích cực  Slave thiết bị ngoại vi I/O, van, truyền động biến đổi đo lường Chúng khơng có quyền truy cập BUS, có nghĩa phép nhận thông báo gửi thông báo tới Master có yêu cầu Slave gọi tram thụ động 3.1 Cấu trúc giao thức (Protocol architecture) PROFIBUS dựa tiêu chuẩn quốc tế công nhận Cấu trúc giao thức theo chuẩn OSI (Open System Interconnection), tương xứng với tiêu chuẩn quốc tế ISO 7498 Theo lớp truyền thực nhiệm vụ định Lớp (Physical Layer) xác định đặc điểm truyền vật lý Lớp ( Date Link Layer ) xác định phương thức truy cập Bus, lớp xác định chức ứng dụng Cấu trúc giao thức PROFIBUS Hình 4: Cấu trúc giao thức (Protocol architecture) DP giao thức truyền thông hiệu quả, sử dụng cho lớp lớp giao tiếp ứng dụng Lớp đến lớp không sử dụng Qua cấu trúc đảm bảo việc truyền liệu nhanh hiệu Bản đồ liên kết liệu trực tiếp ( Direct Data Mapper, DDLM) cung cấp giao tiếp ứng dụng dễ dàng truy cập đến lớp Trong giao tiếp ứng dụng xác định chức ứng dụng cho người dùng, đặc tính hệ thống, đặc tính thiết bị loại DP khác FMS phương thức truyền thông vạn năng, sử dụng cho lớp 1,2 Lớp ứng dụng bao gồm Fieldbus Mesage Specification (FMS) Lower Layer Interface (LLI) FMS xác định lượng lớn dịch vụ truyền thông mạnh cho truyền thông Master – Master, Master – Slave LLI xác định dịch vụ EMS phương thức truyền liệu lớp 3.2 Tổng quan giao tiếp RS-485 RS-485 hay biết đến với tên gọi đầy đủ chuẩn giao tiếp RS-485 hay cáp RS-485, phương thức giao tiếp kết nối với máy tính thiết bị khác RS-485 không đơn giao diện đơn lẻ mà tổ hợp truyền thơng có khả tạo mạng đơn giản nhiều thiết bị 3.2.1 Cấu tạo RS-485 Cáp RS-485 cấu tạo đơn giản, từ sợi dây xoắn lại với theo cặp Tuy nhiên, cấu tạo lại sinh số nhược điểm nghiêm trọng, tượng nhiễu xuất cặp dây cặp dây khác bị Điều dẫn đến điện áp hoạt động dây khơng có q nhiều chênh lệnh, phân thu RS-485 nhận tín hiệu thu loại bỏ hết tượng nhiễu 3.2.2 Nguyên lý hoạt động RS-485 RS-485 hoạt động đơn giản, liệu truyên qua dây xoắn lại với nhau, dây gọi cáp xoắn Khi dây xoắn lại tạo cho RS485 khả chống nhiễu cao khả truyền tín hiệu đường dài tốt RS-485 chia làm loại cấu hình, sử dụng nhiều cấu hình dây cấu hình dây 3.2.3 Cấu tạo cáp RS-485  Sơ đồ chân RS-485 Hình 5: Sơ đồ chân RS-485 dây Đối với cấu hình dây, liệu truyền theo hướng thời điểm định Với kiểu thiết lập này, tín hiệu TX RX dùng chung cặp dây giúp người sử dụng tiết kiệm chi phí cài đặt Nhìn hình trên, ta thấy hệ thống phát hệ thống thu kết nối với nút cặp xoắn Tuy nhiên, cấu hình dây lại làm giới hạn nút cặp xoắn nên người sử dụng phải ý đến độ trễ quay vòng  Sơ đồ chân RS-485 dây Hình 6: Sơ đồ chân RS-485 dây Nguyên lý hoạt động cấu hình dây tương đối khác, liệu truyền đến đồng thời từ nút Tại đây, dây đảm nhận nhiệm vụ truyền dây cịn lại đãm nhận nhiệm vụ nhận Nhìn hình trên, ta thấy cổng máy phát kết nối lại với hệ thống nút nhận liệu cặp xoắn Tuy nhiên, cần ý kết bị giới hạn giao tiếp phụ, hay đơn giản bị giới hạn nơi nút nhận tín hiệu từ 3.3 Kỹ thuật truyền RS-485 Có thể coi chuẩn RS-484 phát triển RS-232 việc truyền liệu nối tiếp Những chuyển đổi RS-485/RS-232 cho phép người dùng giao tiếp với thiết bị mà sử dụng liên kết nối tiếp RS-232 thông qua liên kết RS-285 Liên kết RS-485 hình thày cho việc thu nhận liệu khoảng cách xa hỗ trợ mạng lên tới 32 trạm thu phát đường truyền, tốc độ lên tới 115.200 baud cho khoảng cách 4000feet (1200m) Hình 5: Bảng tóm tắt thơng số RS-485 Kỹ thuật truyền RS-485 thường sử dụng PROFIBUS Nó sử dụng tất lĩnh vực ứng dụng mà yêu cầu tốc độ truyền cao, lắp đặt đơn giản, rẻ tiền Nó sử dụng cáp đôi dây xoắn Kỹ thuật truyền RS-485 dễ dàng sử dụng Sự lắp đặt cáp đôi dây xoắn khơng địi hỏi kiến thức cao Cấu trúc Bus cho phép thêm vào tháo bớt trạm vận hành hệ thống bước Sự mở rộng sau không làm ảnh hưởng đến trạm hoạt động Tốc độ truyền chọn vùng 9,6Kbit/s đến 12Mbit/s Khi hệ thống hoạt động chọn tốc độ truyền cho tất thiết bị BUS 3.4 Một số vấn đề liên quan đến chuẩn RS-485  Truyền dẫn cân Hệ thống truyền dẫn cân gồm có dây tín hiệu A, B khơng có dây mass Sở dĩ gọi cân tín hiệu dây ngược với tín hiệu dây Nghĩa dây phát mức cao dây phải phát mức thấp ngược lại Hình 6.1: Kiểu truyền cân dây Hình 6.2: Tín hiệu dây hệ thơng cân  Mức tín hiệu Với dây A, B truyền dẫn cân bằng, tín hiệu mức cao TTL quy định áp dây A lớn dây B tối thiểu 200mV, tín hiệu mức thấp TTL quy định áp dây A nhỏ dây B tối thiểu 200mV Nếu điện áp mà nằm khoảng -200mV < < 200mV tín hiệu so với mass bên phía thu phải nằm khồng -7V đến +12V  Cập dây xoắn Như tên gọi nó, cặp dây xoắn (Twisted-pair wire) đơn giản cặp dây có chiều dài xoắn lại với Sử dụng cặp dây xoắn giảm thiểu nhiễu, truyền khoảng cách xa với tốc độ cao Hình 7: Cặp dây xoắn RS-485  Trở kháng đặc tính cặp dây xoắn Phụ thuộc vào hình dáng chất liệu cách điện dây mà có trở kháng đặc tính ( Characteristic impedence-), điều thường rõ nhà sản xuất Theo khuyến cáo trở kháng đặc tính đường dây vào khoảng từ 100 – 200  lúc  Điện áp kiểu chung Tín hiệu truyền dẫn gồm dây khơng có dây mass nên chúng cần tham chiếu đến điểm chung, điểm chung lúc mass hay mức điện áp cho phép Điện áp kiểu chung (Common-mode voltafe - mặt toán học phát biểu giá trị trung bình điện áp tín hiệu tham chiếu với mass hay điểm chung Hình 8: Cách xác định áp kiểu chung  Vấn đề nối đất Tín hiệu dây tham chiếu đến điểm chung đất (Ground) cần xem xét kỹ lưỡng, đất nơi nhận nơi phát có chênh lệch điện vượt qua ngưỡng cho phép tín hiệu thu bị sai phá hỏng thiết bị Điều cho thấy mạng RS-485 gồm dây có tới mức điện áp xem xét Do đất vật dẫn điện khơng hồn hảo nên có điện trở xác định, gây chênh lệch điện từ điểm tới điểm kia, đặc biệt vùng có nhiều sấm sét, máy móc tiêu thụ dịng lớn, chuyển đổi lắp đặt có nối đất Chuẩn RS-485 cho phép chênh lệch điện đất lên tới 7V, lớn 7V không Như đất điểm tham chiếu không đáng tin tưởng cách tốt cho việc truyền tín hiệu lúc ta thêm dây thứ 3, nối mass nguồn cung cấp để dùng làm điện áp tham chiếu  Điện trở đầu cuối Điện trở đầu cuối (Terminating Resistor) đơn giản điện trở đặt điểm tận kết thúc đường truyền Giá trị điện trở đầu cuối lí tưởng giá trị trở kháng đặc tính đường dây xoắn, thường vào khoảng 100 – 200  Hình 9: Cách đặt điện trở đầu cuối RS-485 More from: điện-điện tử Đại học Tôn Đức… 319 documents Go to course Mathvn toán cao cấp 160 179 33 10 điện-điện tử 100% (4) Focus on Ielts Foundation điện-điện tử 100% (4) Thí nghiệm Vi điều khiển điện-điện tử 100% (4) TDT- BAI TAP AN TOAN DIEN 2020 điện-điện tử 100% (3) More from: Nguyễn Văn Phai 84 Đại học Tôn Đức… Discover more 23 Điều khiển tốc độ động KDB pha Đồ án chuyên… 100% (1) Truyền động cho một máy điện-điện tử None Recommended for you Lê Dĩ Hào [ Video học điện-điện tử 100% (1) ĐẠI SỐ Boole hệ 15 29 thống số điện-điện tử 100% (1) Báo cáo cuối kỳ Báo cáo cuối kì… định hướng… 29 100% (1) 722003 45 VÕ THỊ HỒNG PHẤN 70602… định hướng… 100% (1)