Mạng truyền thông công nghiệp là gì trình bày mô hình phân cấp trong mạng truyền thông công nghiệp

Nêu cấu trúc, chức năng các câu lệnh Modbus RTU?...20Câu 1_8: Trình bày thiết kế mạng truyền thông Modbus RTU với PLC S7 1200 cho chức năng Master đọc dữ liệu từ Slave?...22Câu 1_9: Trìn

MỤC LỤC NHÓM 1

Câu 1_1: Mạng truyền thông công nghiệp là gì? Trình bày mô hình phân cấp trong mạng truyền thông công nghiệp? 3Câu 1_2: Trình bày mô hình tham chiếu OSI (Open Systems Interconnetion)? Lớp vật lý, lớp liên kết dữ liệu, lớp mạng, lớp vận chuyển,…, trình bày các lớp và chức năng của các lớp? 4Câu 1_3: Trình bày khái niệm, phân loại phương pháp truy cập đường truyền? 7Câu 1_4: Trình bày khái niệm, phân loại phương pháp truy cập đường truyền? Trình bày phương pháp truy nhập đường truyền: 12Câu 1_5: Trình bày mô hình điều khiển phân tán và đặc điểm của mô hình diều khiển phân tán? Trình bày mô hình điều khiển phân tán sử dụng bus trường và đặc điểm của môhình diều khiến phân tán sử dụng bus trường? 16Câu 1_6: Trình bày các đặc điểm tổng quan của chuẩn truyền thông Modbus? Phân loại Modbus? 19Câu 1_7: Trình bày tập lệnh Modbus RTU? Nêu cấu trúc, chức năng các câu lệnh Modbus RTU? 20Câu 1_8: Trình bày thiết kế mạng truyền thông Modbus RTU với PLC S7 1200 cho chức năng Master đọc dữ liệu từ Slave? 22Câu 1_9: Trình bày thiết kế mạng truyền thông Modbus RTU với PLC S7 1200 cho chức năng ghi dữ liệu? 25Câu 1_10: Trình bày tập lệnh Modbus TCP? Nêu cấu trúc, chức năng câu lệnh Câu 1_15: Trình bày cấu trúc và giao thức mạng truyền thông Profinet? Trình bày cấu trúc, chức năng tập lệnh truyền thông Profinet PUT, GET? 33Câu 1_16: Trình bày đặc điểm tổng quan hệ thống Scada? Trình bày các chức năng của Simatic Wincc? 36Câu 1_17: Trình bày khái niệm, ứng dụng của hệ thống điều khiển phân tán? Trình bày các thành phần chính của hệ điều khiển phân tán? Trình bày chức năng của bộ điều khiển?

37

Câu 1_18: Trình bày khái niệm, ứng dụng của hệ thống điều khiển phân tán? Trình bày các thành phần chính của hệ điều khiển phân tán? Trình bày chức năng của trạm vận hành? 38Câu 1_19: Mạng truyền thông công nghiệp là gì? Trình bày vai trò cấp trường, cấp điều khiển trong mạng truyền thông công nghiệp? 40Câu 1_20: Trình bày mô hình tham chiếu OSI (Open Systems Interconnetion)? Trình bày đặc điểm và chức năng của lớp vật lý, lớp liên kết dữ liệu, lớp ứng dụng? 41Câu 1_21: Trình bày khái niệm, ửng dụng của hệ thống điều khiển phân tán? Trình bày các thành phần chính của hệ điều khiển phân tán? Trình bày chức năng của trạm kỹ thuật? 43Câu 1_22: Trình bày khái niệm, ứng dụng của hệ thống điều khiển phân tán? Trình bày cấu trúc mô hình điều khiển phân tán sử dụng bus trường và đặc điểm của mô hình điều khiển phân tán sử dụng bus trường? 44Câu 1_23: Trình bày các bước thiết kế mạng truyền thông Modbus TCP với PLC S7 1200 cho chức năng đọc dữ liệu? 46Câu 1_24: Trình bày các bước thiết kế mạng truyền thông Modbus TCP với PLC S7 1200 cho chức năng ghi dữ liệu? 47Câu 1_25: Trình bày cấu trúc tập lệnh Mobus TCP? Trình bày cấu trúc, chức năng câu lệnh MB_CLIENT? Nêu tham số kết nối của câu lệnh MB_CLIENT 49Câu 1_26: Trình bày cấu trúc tập lệnh Mobus TCP? Nêu cấu trúc, chức năng câu lệnh MB_SERVER? Nếu tham số kết nối của câu lệnh MB_SERVER 51Câu 1_27: Trình bày cấu trúc tập lệnh Mobus TCP? Trình bày tham số CONNECT, so sánh tham số CONNECT của khối MB_CLIENT và MB_SERVER? 53Câu 1_28: Trình bày khái niệm, ứng dụng của hệ thống điều khiển phân tán? Trình bày cấu trúc mô hình điều khiển phân tán và đặc điểm của mô hình điều khiển phân tán? 55Câu 1_29: Trình bày cấu trúc, chức năng câu lệnh tryền thông PUT/GET? Giải thích các thông số của các câu lệnh? Trình bày ví dụ ứng dụng câu lệnh PUT? 56Câu 1_30: Trình bày cấu trúc, chức năng câu lệnh tryền thông PUT/GET? Giải thích các thông số của các câu lệnh? Trình bày ví dụ ứng dụng câu lệnh GET? 59

Câu 1_1: Mạng truyền thông công nghiệp là gì? Trình bày mô hình phân cấp trong mạng truyền thông công nghiệp?

1) Mạng truyền thông công nghiệp là:

- Mạng truyền thông công nghiệp là một khái niệm chung chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, được sử dụng để ghép nối các thiết bị công nghiệp.

- Các hệ thống truyền thông công nghiệp phổ biến hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau, các cảm biến, cơ cấu chấp hành dưới cấp trường cho đến các máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát và các máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty.

- Mạng truyền thông công nghiệp thực chất là một dạng đặc biệt của mạng máy tính, có thể so sánh với mạng thông thường ở những điểm giống và khác nhau như:

+ Kỹ thuật truyền thông số hay truyền dữ liệu là đặc trưng chung của cả 2 lĩnh vực + Trong nhiều trường hợp, mạng máy tính sử dụng trong công nghiệp được coi là một phần trong mô hình phân cấp của mạng công nghiệp.

2) Mô hình phân cấp trong mạng truyền thông công nghiệp

Câu 1_2: Trình bày mô hình tham chiếu OSI (Open Systems Interconnetion)? Lớp vật lý, lớp liên kết dữ liệu, lớp mạng, lớp vận chuyển,…, trình bày các lớp và chức năng của các lớp?

1) Lớp ứng dụng (Application)

Nhiệm vụ của tầng này là xác định giao diện giữa người sử dụng và môi trường OSI Bao gồm nhiều giao thức ứng dụng cung cấp các phương diện cho người sử dụng truy cập vào môi trường mạng và cung cấp các dịch vụ phân tán

Khi các thực thể ứng dụng AE (Application Entity) được thiết lập, nó sẽ gọi đến các phần tử dịch vụ ứng dụng ASE (Application Service Element) Mỗi thực thể ứng dụng có thể gồm một hoặc nhiều các phần tử dịch vụ ứng dụng Các phần tử dịch vụ ứng dụng được phối hợp trong môi trường của thực thể ứng dụng thông qua các liên kết gọi là đối tượng liên kết đơn SAO (Single Association Object) SAO điều khiển việc truyền thông và cho phép tuần tự hóa các sự kiện truyền thông.

2) Lớp biểu diễn dữ liệu

Tầng trình bày giải quyết các vấn đề liên quan đến các cú pháp và ngữ nghĩa của thông tin được truyền Biểu diễn thông tin người sử dụng phù hợp với thông tin làm việc của mạng và ngược lại Thông thường biểu diễn thông tin các ứng dụng nguồn và ứng dụng đích có thể khác nhau bởi các ứng dụng được chạy trên các hệ thống có thể khác nhau Tầng trình bày phải chịu trách nhiệm chuyển đổi dữ liệu gửi đi trên mạng từ một loại biểu diễn này sang một loại biểu diễn khác Để đạt được điều đó nó cung cấp một dạng biểu diễn truyền thông chung cho phép chuyển đổi từ dạng biểu diễn cục bộ sang biểu diễn chung và ngược lại.

3) Lớp kiểm soát nối

Tầng phiên cho phép người sử dụng trên các máy khác nhau thiết lập, duy trì và đồng bộ phiên truyền thông giữa họ với nhau Nói cách khác tầng phiên thiết lập “các giao dịch” giữa các thực thể đầu cuối.

Dịch vụ phiên cung cấp một liên kết giữa 2 đầu cuối sử dụng dịch vụ phiên sao cho trao đổi dữ liệu một cách đồng bộ và khi kết thúc thì giải phóng liên kết Sử dụng thẻ bài (Token) để thực hiện truyền dữ liệu, đồng bộ hóa và hủy bỏ liên kết trong các phương thức truyền đồng thời hay luân phiên Thiết lập các điểm đồng bộ hóa trong hội thoại Khi xảy ra sự cố có thể khôi phục hội thoại bắt đầu từ một điểm đồng bộ hóa đã thỏa thuận.

4) Lớp vận chuyển

Là tầng cao nhất liên có liên quan đến các giao thức trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống mở, kiểm soát việc truyền dữ liệu giữa các máy chủ (End-to-End) Kiểm soát lỗi và luồng dữ liệu Thủ tục trong 3 tầng dưới (vật lý, liên kết dữ liệu và mạng) chỉ phục vụ việc truyền dữ liệu giữa các tầng kề nhau trong từng hệ thống Các thực thể đồng tầng hội thoại, thương lượng với nhau trong quá trình truyền dữ liệu.

Tầng vận chuyển thực hiện việc chia các gói tin lớn thành các gói tin nhỏ hơn trước khi gửi đi và đánh số các gói tin và đảm bảo chúng chuyển theo đúng thứ tự Là tầng cuối cùng chịu trách nhiệm về mức độ an toàn trong truyền dữ liệu nên giao thức tầng vận chuyển phụ thuộc nhiều vào bản chất của tầng mạng Tầng vận chuyển có thể thực hiện việc ghép kênh (multiplex) một vài liên kết vào cùng một liên kết nối để giảm giá thành 5) Lớp mạng

Tầng mạng thực hiện các chức năng chọn đường đi (routing) cho các gói tin nguồn tới đích có thể trong cùng một mạng hoặc khác mạng nhau Đường có thể được cố định, cũng có thể được định nghĩa khi bắt đầu hội thoại và có thể đường đi là động (Dynamic)

có thể thay đổi với từng gói tin tùy theo trạng thái tải tức thời của mạng Trong mạng kiểu quảng bá (Broadcast) routing rất đơn giản.

Một chức năng quan trọng khác của tầng mạng là chức năng điều khiển tắc nghẽn (Congestion Control) Nếu có quá nhiều gói tin cùng lưu chuyển trên cùng một đường thì có thể xảy ra tình trạng tắc nghẽn Thực hiện chức năng giao tiếp giữa các mạng khi các gói tin đi từ mạng này sang mạng khác để tới đích.

6) Lớp liên kết dữ liệu

Chức năng chủ yếu của tầng liên kết dữ liệu là thực hiện thiết lập các liên kết, duy trì và hủy bỏ các liên kết dữ liệu Kiểm soát lỗi và kiểm soát lưu lượng.

Chia thông tin thành các khung thông tin (Frame), truyền các khung tuần tự và xử lý các thông điệp xác nhận (Acknowledgement Frame) từ bên máy thu gửi về Tháo gỡ các khung thành chuỗi bit không cấu trúc chuyển xuống tầng vật lý Tầng 2 bên thu, tái tạo chuỗi bit thành các khung thông tin Đường truyền vật lý có thể gây ra lỗi, nên tầng liên kết dữ liệu phải giải quyết vấn đề kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng, kiểm soát lưu lượng, ngăn không để nút nguồn gây “ngập lụt” dữ liệu cho ben thu có tốc độ thấp hơn Trong các mạng quảng bá, tầng con MAC (Medium Access Sublayer) điều khiển việc duy trì nhập đường truyền.

7) Lớp vật lý

Tầng vật lý là tầng thấp nhất trong mô hình 7 lớp OSI Các thực thể tầng giao tiếp với nhau qua một đường truyền vật lý Tầng vật lý xác định các chức năng, thủ tục về điện, cơ, quang để kích hoạt, duy trì và giải phóng các kết nối vật lý giữa các hệ thống mạng Cung cấp các cơ chế về điện, hàm, thủ tục, … nhằm thực hiện việc kết nối các phần tử

của mạng thành một hệ thống bằng các phương pháp vật lý Chức năng: Đảm bảo cho

các yêu cầu về chuyển mạch hoạt động nhằm tạo ra các đường truyền thực cho các chuỗi bit thông tin Các chuẩn trong tầng vật lý là các chuẩn xác định giao diện người sử dụng và môi trường mạng Các giao thức tầng vật lý có hai loại: truyền dị bộ (Asynchronous) và truyền đồng bộ (Synchronous).

Câu 1_3: Trình bày khái niệm, phân loại phương pháp truy cập đường truyền?

Trình bày phương pháp truy nhập đường truyền: - Phương pháp truy cập Master/Slave?

- Phương pháp truy cập Token Passing?

1) Khái niệm truy cập đường truyền

- Kiểm soát truy nhập bus (Bus access control, Medium Access Control): Phân chia thời gian truy nhập đường truyền (gửi tín hiệu đi)

- Phương pháp kiểm soát truy nhập bus ảnh hưởng tới: + Độ tin cậy

+ Tính năng thời gian thực

+ Hiệu suất sử dụng đường truyền

- Phương pháp kiểm soát truy nhập bus liên quan chặt chẽ tới, nhưng không đồng nghĩa với cơ chế giao tiếp.

2) Phân loại phương pháp

3) Trình bày phương pháp truy nhập đường truyền:- Phương pháp truy cập Master/Slave?

Vai trò của trạm chủ:

- Kiểm soát hoàn toàn giao tiếp trong hệ thống, hoặc - Chỉ đóng vai trò phân chia quyền truy nhập bus Ưu điểm và nhược điểm:

+ Độ tin cậy phụ thuộc vào một trạm duy nhất + Hiệu suất trao đổi dữ liệu giữa hai trạm tớ thấp - Ứng dụng chủ yếu

+ Phổ biến trong các hệ thống bus cấp thấp (bus trường hay bus thiết bị)

+ Trao đổi thông tin hầu như chỉ diễn ra giữa trạm chủ là thiết bị điều khiển và các trạm tớ là thiết bị trường hoặc các module vào/ra phân tán.

- Phương pháp truy cập Token Passing?

Token là:

Một bức điện rất ngắn, có cấu trúc đặc biệt Ví dụ:

Vấn đề kiểm soát Token

- Giám sát token: Nếu do một lỗi nào đó mà token bị mất hoặc gia bội, cần phải thông báo xóa các token cũ và tạo một token mới

- Khởi tạo token: Sau khi khởi động một trạm được chỉ định có trách nhiệm tạo một token mới.

- Tách trạm ra khỏi mạch vòng logic: Một trạm có sự cố phải được phát hiện và tách ra khỏi trình tự được nhận token

- Bổ sung trạm mới: Một trạm mới được kết nối mạng, một trạm cũ được thay thế hoặc đưa trở lại sử dụng phải đượcbổ sung vào mạch vòng logic để có quyền nhận token.

Ưu điểm và nhược điểm Token Passing - Ưu điểm:

+ Tiền định

+ Độ tin cậy cao hơn nhờ vai trò bình đẳng + Phù hợp cho nhiều cơ chế giao tiếp khác nhau

Câu 1_4: Trình bày khái niệm, phân loại phương pháp truy cập đường truyền? Trình bày phương pháp truy nhập đường truyền:

- CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)? - CSMA/CA (Carrier Sense Multiple with Collision Avoidance)?

1) Khái niệm truy cập đường truyền

- Kiểm soát truy nhập bus (Bus access control, Medium Access Control): Phân chia thời gian truy nhập đường truyền (gửi tín hiệu đi)

- Phương pháp kiểm soát truy nhập bus ảnh hưởng tới: + Độ tin cậy

+ Tính năng thời gian thực

+ Hiệu suất sử dụng đường truyền

- Phương pháp kiểm soát truy nhập bus liên quan chặt chẽ tới, nhưng không đồng nghĩa với cơ chế giao tiếp.

2) Phân loại phương pháp

3) Trình bày phương pháp truy nhập đường truyền:

- CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)?

Một phương pháp truy nhập bus ngẫu nhiên, nổi tiếng cùng mạng Ethernet (IEEE 802.3)

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) + Carrier Sense: Cảm nhận, nghe ngóng đường truyền

+ Multiple Access: Đa truy nhập (đương nhiên!) + Collision Detection: Nhận biết xung đột

a) Nguyên tắc làm việc CSMA/CD

b) Điều kiện ràng buộc của CSMA/CD

- Điều kiện ràng buộc giữa chiều dài dây dẫn, tốc độ truyền thông và chiều dài bức điện - Tại sao? Một trạm chỉ có thể dừng gửi một bức điện khi nó chưa gửi xong!

- Điều kiện:

(Chiều dài bức điện n / Tốc độ truyền v) > 2TS <=> n/v > 2l/(0,66*300.000.000), với l là chiều dài dây dẫn và hệ số k = 0,67 <=> lv < 100.000.000n

- Ví dụ: Fast Ethernet (100Mbit/s)

l = 100m => một bức điện không thể ngắn hơn 100 bit

- Hệ quả xét về hiệu suất sử dụng đường truyền và khả năng ứng dụng c) Ưu điểm và nhược điểm CSMA/CD

+ Chủ yếu ở mạng cấp cao (Ethernet)

+ Gần đây được sử dụng ở cấp thấp: Sử dụng công nghệ chuyển mạch (switch) nhằm giảm xung đột tín hiệu

- CSMA/CA (Carrier Sense Multiple with Collision Avoidance)

Một phương pháp cải tiến từ CSMA/CD, bổ sung mức ưu tiên để cải thiện tính thời gian thực

Nổi tiếng cùng mạng CAN (Controller Area Network) a) Nguyên tắc làm việc của CSMA/CA

b) Điều kiện ràng buộc của CSMA/CA Ngặt nghèo hơn so với CSMA/CD

Một trạm phải có khả năng phát hiện ra xung đột trước khi nó ra quyết định có gửi bit tiếp theo hay không => thời gian bit TB phải lớn hơn nhiều hai lần thời gian lan truyền tín

c) Quy định mức ưu tiên của CSMA/CA

Theo địa chỉ trạm gửi hoặc trạm nhận (ví dụ địa chỉ càng thấp, mức ưu tiên càng cao) => bổ sung địa chỉ trạm gửi hoặc nhận ngay đầu bức điện

Theo kiểu bức điện: bổ sung mức ưu tiên ngay đầu bức điện

Câu 1_5: Trình bày mô hình điều khiển phân tán và đặc điểm của mô hình diều khiển phân tán? Trình bày mô hình điều khiển phân tán sử dụng bus trường và đặc điểm của mô hình diều khiến phân tán sử dụng bus trường?

1) Mô hình điều khiển phân tán

2) Đặc điểm của mô hình điều khiển phân tán

– Phân chia chức năng điều khiển xuống các máy tính điều khiển tại các trạm cục bộ (ở vị trí không xa với quá trình kỹ thuật).

– Điều khiển phối hợp giữa các máy tính điều khiển có thể diễn ra trực tiếp hoặc thông qua các máy tính giám sát trung tâm

– Độ linh hoạt cao hơn hẳn so với cấu trúc tập trung.

– Hiệu năng cũng như độ tin cậy tổng thể của hệ thống được nâng cao nhờ sự phân tán chức năng xuống các cấp dưới.

– Mở ra các khả năng ứng dụng mới, tích hợp trọn vẹn trong hệ thống như lập trình cao cấp, điều khiển trình tự, điều khiển theo công thức và ghép nối với cấp điều hành sản xuất.

3) Mô hình điều khiển phân tán sử dụng bus trường

4) Đặc điểm của mô hình diều khiến phân tán sử dụng bus trường

Ưu điểm +khả năng thực hiện + yêu cầu từ người sử dụng:

– Xử lý thông tin, điều khiển tại chỗ => thời gian đáp ứng nhanh hơn, độ tin cậy cao hơn – Nâng cao hiệu năng hệ thống nhờ xử lý song song và xử lý phân cấp

– Đơn giản hóa các công việc xây dựng và bảo trì hệ thống nhờ cấu trúc module

– Giảm chi phí và thời gian xây dựng hệ thống nhờ quan điểm tích hợp hệ thống dựa trên các công nghệ thành phần

– Các tiến bộ (kỹ thuật và giá thành) trong công nghệ vi xử lý cho các thiết bị đo lường, điều khiển và chấp hành

– Các tiến bộ trong công nghệ truyền thông công nghiệp – Các tiến bộ trong công nghệ phần mềm

– Yêu cầu ngày càng cao về khả năng vận hành, chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất, an toàn hệ thống, bảo vệ môi trường trong thị trường cạnh tranh mạnh.

Câu 1_6: Trình bày các đặc điểm tổng quan của chuẩn truyền thông Modbus? Phânloại Modbus?

- Modbus là một chuẩn truyền thông công nghiệp được phát triển bởi Modicon ( nay thuộc về Schneider ) vào năm 1979 thay thế các chuẩn truyền thông truyền thống để truyền về PLC hoặc Scada Cách hoạt động của Modbus dựa trên nguyên tắc Master – Slave trên đường truyền RS232 và RS485.

- Modbus trở thành một chuẩn truyền thông công nghiệp tiêu chuẩn bởi nó : ổn định – đơn giản – dể sử dụng & miễn phí Điều này có nghĩa rằng các nhà sản xuất có thể tự tích hợp chuẩn Modbus vào sản phẩm của họ mà không cần trả tiền bản quyền.

- Modbus được sử dụng để kết nối với máy tính với các thiết bị đầu cuối ( RTU ) hay hệ thống SCADA ) Có nhiều loại Modbus: Modbus RTU , Modbus ASCII , Modbus TCP/IP

- Ứng dụng của Modbus RTU:

+ Sử dụng chuẩn truyền thông Modbus RTU giúp kết nối tất cả các thiết bị ( max 128 địa chỉ ) trên 2 dây tín hiệu RS485.

+ Với mỗi modbus Slave tương ứng với một từ 4-8 tín hiệu Analog đầu vào hoặc nhiều hơn với 10 Digital Các tín hiệu mắc song song nhau truyền vào Gateway để truyền lên internet thông qua Modul R-Key hoặc Z-key.

+ Như vậy tất cả các tín hiệu chỉ truyền đi trên 2 dây cho rất nhiều loại tín hiệu khác nhau thông qua các Modul Modbus RTU PLC hay các thiết bị có chuẩn Moddbus có thể giao tiếp với các thiết bị đo tại bất kỳ nơi nào thông qua Modbus TCP hay còn gọi là Modbus IP.

- Modbus hoạt động: Modbus RTU hoạt động dựa trên nguyên tắc Master – Slave tức là một bên nhận ( Master ) và một bên truyền tín hiệu ( Slave ) thông qua địa chỉ thanh ghi Phương thức truyền của Modbus RTU bằng đường truyền vật lý RS232 hoặc RS485, Modbus TCP/IP thì truyền trên địa chỉ IT thông qua Internet.

- Dữ liệu truyền trên Modbus:

+ Dữ liệu được lưu trữ trong Slave trong 4 bảng khác nhau với hai bảng lưu trữ On/OFF các giá trị Coil và hai thanh ghi lưu trữ Các thanh ghi này đều có khả năng đọc và ghi Mỗi thanh ghi có 1 Word = 16 bit = 2 bytes có địa chỉ từ 0000 đến 260E.

+ Coil được xem như là địa chỉ của thanh ghi Ví dụ 40001 có địa chỉ dữ liệu là 0000 các giá trị này có thể lệch nhau 1 ,10001 , 30001 , 40001.

- Trong công nghiệp – tự động hoá có 03 loại Modbbus thông dụng Modbus RTU , Modbus ASCII , Modbus TCP/IP Sự khác nhau giữa các loại Modbus :

+ Modbus RTU : mã hoá dạng nhị phân với 1 byte dữ liệu và một byte truyền thông có tốc độ truyền 9600 – 57600 baud

+ Modbus ASC II : đươc mã hoá dạng hexadecimal – 4 bit , cần 2 byte truyền thông cho một byte thông tin

+ Còn Modbus TCP/IP : Modbus TCP là modbus RTU qua internet hay còn gọi là Modbbus IP tương ứng với một địa chỉ là một IP

Câu 1_7: Trình bày tập lệnh Modbus RTU? Nêu cấu trúc, chức năng các câu lệnh Modbus RTU?

1) Các tập lệnh để thực hiện cấu hình truyền tông Modbus RTU cũng như thực hiện các chức năng của Modbus master và slave được thực hiện thông qua các tập lệnh sau đây:

b) Modbus_Master

c) Modbus_Slave

Câu 1_8: Trình bày thiết kế mạng truyền thông Modbus RTU với PLC S7 1200 cho chức năng Master đọc dữ liệu từ Slave?

a) Cấu hình Modbus cho slave và tìm hiểu các thanh ghi dữ liệu

Bước 1: Cấu hình đồng hồ giám sát năng lượng SENTRON PAC 4200 hỗ trợ Modbus

RTU Các thông số cấu hình truyền thông của slave phải tương thích với Master - Mode: Modbus RTU

- Địa chỉ lần lượt là : 10, 11, 12

- Baud rate: 19.2 kbps - Parity: No parity - Data bits: 8 bit per character

- Stop bits: 1

Bước 2: tìm các thanh ghi dữ liệu: holding register, kiểu dữ liệu của các slave trong

manual của thiết bị

Bước 3: Tính toán các biến cho Modbus Master

- Để đọc thông tin của các thanh ghi thì sử dụng MODE = 0 tương ứng với mã chức năng 0x03

(function code)

- Xác định thanh ghi địa chỉ DATA_ADDR = Req.adr + offset

b) Khai báo cấu hình phần cứng PLC S7 – 1200/1500

Bước 1: Khởi tạo project với tên RTU_SENTRON, lựa chọn cấu hình PLC S7 và mô đun

hỗ trợ truyền thông Modbus RTU Với bài này sẽ chọn CPU 1214C và mô đun CM1241 (RS422/485)

Bước 2: Cấu hình cho cổng RS485 (Port) tương thích cấu hình của slave: CM

1214(RS422/485)  Properties  General  RS422/485 interface  Port configuration…

Bước 3: Khởi tạo các bit trạng thái và bit hệ thống cho PLC c) Khởi tạo vùng nhớ dữ liệu lưu trữ thông tin đọc về

Bước 1: tạo kiểu dữ liệu người dùng với PLC data type (UDT) để tiện lợi cho việc đọc

cùng lúc nhiều slave có cùng các thông số dữ liệu: PLC data types  add new data type  đổi tên thành sentron_data  khai báo các thông số và kiểu dữ liệu cần đọc về

Bước 2: tạo vùng nhớ dữ liệu DB1 với tên Modbus_Data để lưu trữ thông tin đọc về từ

các slave

Bước 3: Khởi tạo vùng dữ liệu để truy vấn thông tin từ các slave: Modbus_Data[DB1] 

Open  Add new  đổi tên là PM_1, PM_2, PM_3  chọn kiểu dữ liệu data type là sentron_data

Bước 4: Khởi tạo vùng dữ liệu DB2 để lưu trữ các tham số khai báo cấu hình cũng như

các biến chuyển trạng thái khi đọc các slave

d) Sử dụng Modbus_Master đọc tín hiệu Modbus_Slave

Sơ đồ giải thuật nguyên tắc đọc thông tin các tín hiệu Modbus từ các Slave 1,2,3 tương ứng với đồng hồ đo năng lượng SENTRON như sau:

Hình 5.14 Lưu đồ giải thuật

Bước 1: Tạo hàm FC1 với chức năng đọc thông tin các đồng hồ đo điện năng SENTRON

bằng Modbus: Program blocks  Add new block  Function, Đặt tên Modbus  OK

Bước 2: Gọi lệnh khởi tạo cấu hình Modbus trong FC1: FC1  Network 1  Intructions 

Communication  Communication Processor  MODBUS hoặc MODBUS RTU  Modbus_Comm_Load

- Đặt tên DB Instance cho lệnh là Comm_Load

- REQ chỉ cần xung trigger một lần duy nhất cho nên có thể sử dụng biến FirstScan - PORT khai báo địa chỉ Hardware identifier của mô đun truyền thông: PLC tags  Default tag table  System contants  tìm tên tương ứng và điền thông tin vào PORT

- MB_DB sẽ được chỉ định vào MB_DB của Modbus_Master Được thực hiện khai báo sau khi gọi lệnh Modbus_Master

Bước 3: Tạo trạng thái nhớ khi FirstScan thực hiện lưu trạng thái này cho việc thiết lập

Bước 5: Gọi lệnh đọc tín hiệu đồng hồ đo điện bằng SENTRON 1: Network 4 

Instructions  Communication  Communication Processor  MODBUS  Modbus_Master - Đặt tên DB Instance cho lệnh là Master_DB

- Địa chỉ của đồng hồ đo điện năng SENTRON 1 là 10 - Đọc thông tin thiết bị nên MODE = 0

- Địa chỉ bắt đầu: 40001+1=40002

- Độ dài dữ liệu: 9 thông số * độ dài 2 word = 18

- Địa chỉ con trỏ DATA_PTR: nếu vùng nhớ DB là non-optimized thì khai báo theo dạng sau: P#DB1.DBX0.0 REAL 9

Bước 6: thực hiện chuyển tiếp trạng thái để đọc đồng hồ thứ 2 với địa chỉ slave là 11 Bước 7: Đọc thông tin của đồng hồ SENTRON 2 Ở network 6 tiếp tục gọi lệnh

Modbus_Master giữa nguyên Instanced DB Chỉ thay đổi những thông tin liên quan tới Modbus slave và vùng nhớ trao đổi dữ liệu với slave

Bước 8: Thực hiện chuyển tiếp trạng thái để đọc đồng hồ thứ 3 với địa chỉ slave là 12 Bước 9: Đọc thông tin của đồng hồ SENTRON 3

Bước 10: Thực hiện chuyển tiếp trạng thái để thực hiện vòng lặp cho

phép đọc đồng hồ 1 với địa chỉ 10

Bước 11: Gọi chương trình con Modbus [FC1] ở chương trình OB1

Câu 1_9: Trình bày thiết kế mạng truyền thông Modbus RTU với PLC S7 1200 cho chức năng ghi dữ liệu?

a) Cấu hình Modbus cho PLC S7 làm Modbus slave

Bước 1: Khởi tạo thiết bị với tên RTU_Slave, lựa chọn cấu hình PLC S7 và mô đun hỗ

trợ truyền thông Modbus RTU

Bước 2: Cấu hình cho cổng RS485 (Port): CM 1241 (RS422/485)  Properties  General 

RS422/485 interface  Port configuration…

Bước 3: Tạo vùng nhớ dữ liệu DB1 với tên HoldReg để lưu trữ thông tin thanh ghi

holding register của slave

Bước 4: trong quá trình truyền thông giữa PLC S7 với PLC khác thì cần phải sử dụng

vùng nhớ thực (absolute address) để truy xuất dữ liệu cho nên sẽ chuyển HoldReg [DB1]

sang vùng nhớ Non-optimized: HoldReg [DB1]  Properties  Attributes  bỏ chọn Optimized block access  OK

Bước 5: Khởi tạo vùng dữ liệu Holding Register: HoldReg [DB1]  Open  Add new  đổi

tên là Data  chọn kiểu dữ liệu data type là Array[1 100] of Word Tùy theo mục đích và số lượng dữ liệu truyền mà người sử dụng có thể dùng Word, Int, Dint, Real…

Bước 6: Tạo hàm FC1 với chức năng Modbus: Program blocks  Add new block 

Function, đặt tên Modbus  OK

Bước 7: Gọi lệnh thực hiện khởi tạo cấu hình trong FC1: FC1  Network 1  Instructions 

Communication  Communications processor  MODBUS hoặc MODBUS RTU  Modbus_Comm_Load

- MB_DB sẽ được chỉ định vào MB_DB của Modbus_Slave Được thực hiện khai báo sau khi gọi lệnh Modbus_Slave

Bước 8: Gọi lệnh thiết lập Modbus slave cho PLC S7: FC1  network 2 

Instructions  Communication  Communication Processor  MODBUS RTU  Modbus_Slave

- Đặt tên DB Instance cho lệnh là Slave_DB

- Địa chỉ tùy chọn từ 1 – 247 và không trùng với bất kỳ slave nào có trên đường mạng Ở đây chọn là 1

- Địa chỉ con trỏ DATA_PRT: Tùy theo số lượng và kiểu dữ liệu cần truyền về cho master: P#DB1.DBX0.0 WORD 100

Lưu ý: Sau khi thực hiện lệnh khởi tạo Modbus Slave cho PLC S7 thì thanh ghi bắt đầu

của Holding register là 40001

Bước 9: Gọi chương trình con Modbus [FC1] ở chương trình OB1 b) Cấu hình Modbus cho PLC S7 làm Modbus master

Bước 1: Khởi tạo thiết bị với tên RTU_Master, lựa chọn cấu hình PLC S7 và mô đun hỗ

trợ truyền thông Modbus RTU

Bước 2: Khởi tạo các bít trạng thái và bits hệ thống cho PLC với MB100 chứa các

System memory bits và MB101 chứa các Clock memory bits

Bước 3: Cấu hình cho cổng RS485 (Port): CM PtP RS422/485 HF  Properties  General 

RS422/485 interface…

Bước 4: Tạo vùng nhớ dữ liệu DB1 với tên ModbusReg_S7PLC để lưu giữ

thông tin đọc về từ PLC S7 Chuyển ModbusReg_S7PLC[DB1] sang vùng nhớ

Bước 5: Khởi tạo vùng dữ liệu để đọc và ghi dữ liệu tới Slave: ModbusReg_S7PLC

[DB1]  Open  Add new  đổi tên là Read và Write  chọn kiểu dữ liệu data type là Array [1 50] of word Tùy theo mục đích và số lượng dữ liệu truyền mà người sử dụng có thể dùng Word, Int, Dint, Real,…

Bước 6: Tạo hàm FC1 với chức năng Modbus: Program blocks  Add new block 

Function, đặt tên Modbus  OK

Bước 7: Gọi lệnh thực hiện khởi tạo cấu hình trong FC1: FC1  Network 1  Intructions 

Communication  Communication Processor  MODBUS hoặc MODBUS RTU  Modbus_Comm_Load

Bước 8: Gọi lệnh Modbus_Master truy xuất dữ liệu tới Slave: Network 2  Instructions 

Communication  Communication Processor  MODBUS RTU  Modbus_Master Ở đây ta thực hiện đọc 50 word liên tục với tần số 10 Hz từ PLC RTU Slave

Bước 9: Gọi chương trình con Modbus [FC1] ở chương trình OB1

Câu 1_10: Trình bày tập lệnh Modbus TCP? Nêu cấu trúc, chức năng câu lệnh MB_CLIENT? MB_SERVER

Modbus TCP là một giao thức truyền thông phổ biến được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp để truyền dữ liệu giữa các thiết bị điều khiển Giao thức này cho phép truyền dữ liệu qua mạng TCP/IP, giúp kết nối và giao tiếp giữa các thiết bị từ xa.

Cấu trúc của một tập lệnh Modbus TCP bao gồm các trường sau:

Transaction Identifier: Định danh giao thức, được gửi từ Client và phản hồi từ Server Protocol Identifier: Định danh giao thức Modbus TCP/IP, có giá trị là 0x0000.

Length: Độ dài của dữ liệu truyền đi (không tính Transaction Identifier, Protocol Identifier, và Length).

Unit Identifier: Định danh của thiết bị Slave trong mạng Modbus TCP/IP.

Function Code: Mã chức năng của lệnh Modbus, xác định chức năng cụ thể mà lệnh thực

Read Discrete Inputs (0x02): Đọc trạng thái của các discrete input (bit đầu vào) từ Slave Read Holding Registers (0x03): Đọc giá trị của các holding register (đăng ký giữ) từ Slave.

Read Input Registers (0x04): Đọc giá trị của các input register (đăng ký đầu vào) từ Slave.

Write Single Coil (0x05): Ghi giá trị cho một coil (bit đầu ra) trong Slave.

Write Single Register (0x06): Ghi giá trị cho một holding register (đăng ký giữ) trong Slave.

Write Multiple Coils (0x0F): Ghi giá trị cho nhiều coil (bit đầu ra) trong Slave.

Write Multiple Registers (0x10): Ghi giá trị cho nhiều holding register (đăng ký giữ) trong Slave.

Read Coils (0x01): Phản hồi trạng thái của các coil (bit đầu ra) cho Client.

Read Discrete Inputs (0x02): Phản hồi trạng thái của các discrete input (bit đầu vào) cho

Write Single Coil (0x05): Xử lý yêu cầu ghi giá trị cho một coil (bit đầu ra) từ Client Write Single Register (0x06): Xử lý yêu cầu ghi giá trị cho một holding register (đăng ký giữ) từ Client.

Write Multiple Coils (0x0F): Xử lý yêu cầu ghi giá trị cho nhiều coil (bit đầu ra) từ Client.

Write Multiple Registers (0x10): Xử lý yêu cầu ghi giá trị cho nhiều holding register (đăng ký giữ) từ Client.

Câu 1_11: Trình bày tập lệnh Modbus TCP? Trình bày về tham số CONNECT trong khối MB_CLIENT và MB_SERVER ?

Modbus TCP là một giao thức truyền thông phổ biến được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp để truyền dữ liệu giữa các thiết bị điều khiển Giao thức này cho phép truyền dữ liệu qua mạng TCP/IP, giúp kết nối và giao tiếp giữa các thiết bị từ xa.

Cấu trúc của một tập lệnh Modbus TCP bao gồm các trường sau:

Transaction Identifier: Định danh giao thức, được gửi từ Client và phản hồi từ Server Protocol Identifier: Định danh giao thức Modbus TCP/IP, có giá trị là 0x0000.

Length: Độ dài của dữ liệu truyền đi (không tính Transaction Identifier, Protocol Identifier, và Length).

Unit Identifier: Định danh của thiết bị Slave trong mạng Modbus TCP/IP.

Function Code: Mã chức năng của lệnh Modbus, xác định chức năng cụ thể mà lệnh thực hiện.

Tham số kết nối (CONNECT ) của câu lệnh MB_CLIENT :

Bước 1: Khởi tạo biển CONNECT cho client truy xuất dữ liệu tới server: TCPData [DB1] → Add new → đặt tên CONNECT → chọn kiểu dữ liệu data type là TCON_IP_v4.

Bước 2: Khai báo tham số dữ liệu cho CONNECT.

- HW_ANY của mô đun truyền thông: PLC tags → Default tag table → System constants → tìm tên tương ứng và điền thông tin vào (Local ~PROFINET_interface_1).

- Thiết lập kết nối là TRUE để chọn làm Client.

- Định địa chỉ LocalPort là 0 (any port) và RemotePort là 502 - Địa chỉ IP của server là: 192.168.0.101.

ID trùng với server: 110.

Tham số kết nối (CONNECT ) của câu lệnh MB_SERVER :

Bước 1: Khởi tạo biến CONNECT cho Server để kết nối tới Client: HoldReg [DB1]→ Add new → đặt tên là CONNECT → chọn kiểu dữ liệu data type là TCON_IP_v4.

Bước 2: Khai báo tham số dữ liệu cho CONNECT.

- HW_ANY của mô đun truyền thông: PLC tags → Default tag table → System constants → tìm tên tương ứng và điền thông tin vào (Local~PROFINET_interface_1).

- Thiết lập kết nối là FALSE để chọn làm Server - Định địa chỉ LocalPort là 502.

- Địa chỉ IP của client là: 192.168.0.100.

Câu 1_12: Trình bày cách thức thiết lập khối lệnh để CLIENT đọc và ghi dữ liệu của SERVER?

Để CLIENT đọc và ghi dữ liệu của SERVER, bạn có thể sử dụng giao thức truyền thông Modbus TCP/IP Dưới đây là cách thiết lập khối lệnh để CLIENT thực hiện các hoạt động này:

Để CLIENT đọc dữ liệu từ SERVER, bạn có thể sử dụng lệnh "Read Holding Registers" (đọc các thanh ghi giữ) hoặc "Read Input Registers" (đọc các thanh ghi đầu vào) trong giao thức Modbus TCP/IP Các lệnh này cho phép CLIENT đọc dữ liệu từ các địa chỉ thanh ghi cụ thể trên SERVER.

Để CLIENT ghi dữ liệu vào SERVER, bạn có thể sử dụng lệnh "Write Single Register" (ghi vào một thanh ghi đơn) hoặc "Write Multiple Registers" (ghi vào nhiều thanh ghi) trong giao thức Modbus TCP/IP Các lệnh này cho phép CLIENT ghi dữ liệu vào các địa chỉ thanh ghi cụ thể trên SERVER.

Để thiết lập kết nối giữa CLIENT và SERVER, bạn cần biết địa chỉ IP của SERVER và cổng kết nối CLIENT sẽ sử dụng địa chỉ IP và cổng này để kết nối và giao tiếp với SERVER.