báo cáo môn hệ thống truyền thông scada chương 2 các mạng truyền thông

Đây là một mạng kỹ thuật số nhằm cung cấp thông tin liên lạc giữa hệ thống hoặc bộ điều khiển với các cảm biến trường.. Một số ví dụ điển hình của các thiết bị này là: động cơ, I0, cảm b

BÁO CÁO MÔN HỆ THỐNG TRUYỀN

THÔNG & SCADA

CHƯƠNG 2: CÁC MẠNG TRUYỀN THÔNG SINH VIÊN THỰC HIỆN: LÊ TRUNG HIẾU

Chương I: Profibus

1 Khái niệm Profibus:

-Profibus là viết tắt của cụm từ Process Field Bus

Đây là một mạng kỹ thuật số nhằm cung cấp thông tin liên lạc giữa hệ thống hoặc bộ điều khiển với các cảm biến trường Profibus hoạt động trên nguyên tắc token bus không đồng bộ trong thời gian thực Đây còn là một giao thức dạng Master (chủ) và Slave

(tớ)

1.1Đặc điểm của Profibus:

-Profibus hoạt động trên nguyên tắc token bus không đồng bộ trong thời gian thực Đây là một giao thức dạng Master (chủ) và Slave (tớ) Với vai trò là mạng Fieldbus, Profibus được thiết kế để tăng tính tương tác giữa máy tính và PLC

-Đặc điểm cơ bản của Profibus được nhận diện như sau:

•Có khả năng truy cập theo chu kỳ hoặc không theo chu kỳ

•Tốc độ truyền tối đa lên đến 500 kbit/s

•Khoảng cách bus tối đa không dùng repeater (bộ lặp) là 200m (tối đa là 800m

•Số node (điểm) tối đa không có repeater là 32 và có repeater là 127

•Sử dụng phương tiện truyền tin xoắn đôi và RS485 chuẩn (ứng dụng sản xuất) hoặc IEC 1158-2 (điều khiển quá trình)

•Có thể sử dụng Ethernet/TCP-IP

1.2 Thành phần Profibus:

-Profibus hoạt động dựa trên hai thành phần chính là:

•Master (thiết bị máy chủ): Bao gồm các PAC, PLC, DCS có tính năng theo dõi

truyền thông trên bus Thông thường, trạm chủ sẽ đảm nhiệm vai trò gửi thông tin khi giữ quyền truy cập Bus Đây còn được gọi là “trạm chủ động”

•Slave (thiết bị tớ): Bao gồm những thiết bị cảm biến, phân tán và cơ cấu chấp

hành Một số ví dụ điển hình của các thiết bị này là: động cơ, I0, cảm biến, thiết

bị hiện trường, thiết bị truyền động,… Slave chỉ được xác nhận hoặc trả lời

thông tin nhận từ trạm chủ khi có yêu cầu Chúng hoàn toàn không nhận được quyền truy nhập Bus Slave còn được gọi là “trạm thụ động”

1.3Các lợi ích của Profibus:

•Có khả năng hỗ trợ mạng ở các cấp thiết bị hay điều khiển quá trình và được sử dụng trong môi trường an toàn (đối với các thiết bị Profibus PA)

•Có sẵn các giao diện cho những ứng dụng ổ đĩa tốc độ biến và thiết bị ngoại vi phi tập trung

•Có tính ứng dụng cao, hoạt động bình ổn, đáng tin cậy, đơn giản và dễ mở rộng hệ thống

•Có sẵn host (giao diện chủ) cho các PLC, DCS cũng như hệ thống máy tính

•Cung cấp thiết bị Gateway hỗ trợ các mạng bus sensor với chi phí thấp, nhất là

AS-Interface

1.4Các hạn chế của Profibus :

• Không hỗ trợ ứng dụng Intrinsically Safe (trừ giao thức Profibus PA)

• Đòi hỏi về hệ thống dây cáp, tiếp đất, điện, bọc và đầu cuối trong quá trình thiết kế và lắp đặt

Bước 3: Cpu 314C-2PN kết nối

truyền thông Profibus với biến tần

Bước 4: Cấp nguồn cho biến tần bằng nguồn một pha

Bước 5: Kết nối PLC với động cơ đấu nối sao sử dụng nguồn ba pha

Bước 6:Reset biến tần về tham

P0918 =3 địa chỉ truyền thông

P1000 =6 Giá trị đặt tần số

P2041 =000 =3 PPO

Bước 8 Code chương trình truyền thồng profibus PLC s7-300 và biến tần

-Bật phần mềm Tia Portal -> Tạo Project mới và đặt tên

Ở Device Chọn CPU SIMATIC S7-300 -> Chọn CPU 314C-2 PN/DP -> chọn modune sau đó ấn OK

Bước 9 Cấu hình cho PLC:

Địa chỉ 192.168.0.1

Cấu hình cổng PROFIBUS địa chỉ là 2

Operating mode : DP Master SIMATIC MODE: As Master – 1 second

Bước 10: Cấu hình cho biến tần

-Nhập MICROMASTER4 để tìm kiếm sau đó lôi thiết bị ra và bắt đầu cấu hình-Địa chỉ được đặt là 3 để khác với PLC

Bước 11 Cấu hình PPO

-Nhấn đúp vào chọn PPO 3

Ở Program blocks tạo THANH GHI 1 và THANH GHI 2

Ở Tag table tạo CHẠY THUẬN, CHẠY NGHỊCH và STOP sau đó bắt đầu thiết kế Network

Bước 12 Sau khi thiết kế xong ta tạo thiết bị điều khiển cho hệ thống:

Add new device -> PC systems -> SIMATIC HMI application -> WinCC RT Advancced Chọn screens -> add new screens rồi thêm thiết lập màn hình

Bước 13 kết nối profibus

PC general -> communications modules -> PROFINETethernet -> IE general

Sau đó tiến hành kết nối profibus

Bước 14 Nạp chương trình và điều khiển biến tần:

-Đầu tiên Combine để kiểm tra lỗi -> không có lỗi

-Nạp chương trình đã được chuẩn bị sau đó Modify chương trình-Bật phần giám sát SCADA

Khi động cơ đang ở trạng

thái STOP đèn báo xanh

sáng, ta nhập tần số 50hz

Biến tần sẽ trở thành 50hz để điều khiển động cơ

Động cơ chạy với tần số

50hz

Nhập tần số là 25hz Biến tần hiện thị 25hz và động cơ sẽ giảm tốc độ

-Để động cơ quay ngược: Ấn Stop sau đó ấn chạy ngược -> Động cơ sẽ giảm tốc và quay ngược lại -> khi đó trên biến tần sẽ hiển thị âm 25hz-Ấn Stop để dừng động cơ.

Chương II: Profinet ethernet

1 Profinet ethernet là gì?

-Ethernet là một công nghệ mạng có dây bao gồm giao thức, cổng, cáp và

chip cần thiết cho phép các thiết bị (máy tính để bàn, máy tính xách tay,

tivi…) có thể kết nối Internet, giao tiếp và truyền dữ liệu cho nhau

Ethernet có dây

Đây là một dạng phổ biến được nhiều

người dùng tin cậy và lựa chọn

Ethernet có dây sẽ đảm bảo khả năng

kết nối lên đến 10km tuy nhiên, nó bắt

buộc bạn phải cài theo giao diện mạng

cho thiết bị với địa chỉ IP nhất quán

Ethernet không dây

Phân loại không dây có phần khan hiếm hơn trên thị trường Nó sử dụng NIC không dây để kết nối toàn bộ dữ liệu Internet với thiết bị Những hệ thống và thiết bị liên lạc với nhau thông qua sóng vô tuyến

1.1Đặc điểm của Ethernet

Ethernet hiện là một công nghệ gần như phổ biến trong thế giới kỹ thuật số siêu kết nối ngày nay Dưới đây là một số tính năng nổi bật của Ethernet:

• Cải thiện trải nghiệm Internet của người tiêu dùng

• Khuếch đại khả năng phát Wifi

• Cung cấp các kết nối với băng thông cao

• Cung cấp các tùy chọn tốc độ khác nhau, dựa trên ngân sách, khu vực và yêu cầu

• Ethernet có độ tin cậy và tính bảo mật cao

• Hỗ trợ truyền tải điện một chiều (DC)

• Đạt được sự cân bằng giữa hiệu suất và chi phí

1.2 Các loại cáp Ethernet phổ biến:

Ngày nay, thị trường công nghệ inter đang cung cấp tương đối nhiều loại cáp cho Ethernet, thế nhưng người dùng có xu hướng lựa chọn 3 loại chính là

cáp CAT5E, cáp CAT6 và cáp CAT6A.

1.3Ưu điểm của Ethernet

– Tín hiệu ổn định: Việc sử dụng cáp kết nối trực tiếp và modem mạng sẽ giúp

tín hiệu được luân chuyển ổn định hơn

– Bảo mật tốt: Việc kết nối bằng cáp giúp bạn quản lý được những thiết bị nào

đang truy cập vào mạng cục bộ của mình

1.4Nhược điểm Ethernet

– Tốn nhiều chi phí: Tốn nhiều kinh phí cho dây cáp, công cụ bảo vệ,… Dạng

này sẽ phù hợp cho quy mô nhỏ và môi trường đặc thù cần tính bảo mật cao

– Cổng kết nối ít: Ở một vài dòng thiết bị cụ thể sẽ không được trang bị cổng

kết nối Ethernet Khi cần phải mua thêm bộ chuyển đổi USB – Ethernet

– Hạn chế linh hoạt: Đặc tính của Ethernet là kết nối bằng cáp thế nên việc di

chuyển là khá bất tiện Bạn chỉ nên sử dụng công nghệ này với các thiết bị cố định như máy tính, tivi,…

2.Ví dụ về Profinet (kết nối PLC S7-1200 với biến tần Sinamics G120C qua Profinet)

2.1 Đấu nối:

đầu ra UW điều khiển động cơCấp nguồn cho biến tần

bằng nguồn 2 pha

Cắm chân Profinet vào xí mạng rồi từ xí mạng nối tới PLC

2.2 Lập trình qua phần mềm Tia Siemens

Bước 1: tạo Project mới, ở Device -> Add new device -> Controller -> Simatic S7-1200 ->Cpu -> Cpu

1214 DC/DC/DC -> 6ES7 214-1AG40-0XBO

(Version v4.5) và để ở chế

độ full access

Bước 2 Cấu hình Add new device -> Drivers -> Drive & starters -> SINAMICS drivers -> SINAMICS G120C -> 3AC380-480V -> PN -

>FSA -> IP20, 1,5kW,

UF ( V4.7)

Bước 3 Cấu hình địa chỉ Profinet

Devices & networks -> not assigned -> Profinet interface 1

Plc tags -> Add new tags đặt tên là Data send sau đó bắt đầu thiết kế networks

Bước 4 Click chọn Commissioning -> Commissioning Wizard để cài đặt thông số cho biến tần

Bước 5 Sau khi hoàn thành thì tiến hành upload chương trình

Khi tác động nút Start thì động cơ bắt đầu chạy, tốc độ quay là 1500

Khi set tốc độ maxium là 2860 thì động

cơ sẽ chạy lên tới tốc độ 2860

Khi modify lệnh rev lên một thì động cơ sẽ

chạy nghịch

Modify start về 0 thì động cơ sẽ dừng

Chương III Modbus, USS, CAN

1.Tín hiệu Modbus là gì ?:

MODBUS là một chuẩn giao thức truyền thông công nghiệp được phát hành và

phát triển bởi MODICON vào năm 1979, và chính thức thuộc về Schneider Electrics vào năm 1996 MODBUS đã nhanh chóng trở thành trở thành tiêu chuẩn truyền thông trong các ngành công nghiệp tự động hóa bởi tính ổn định, dễ dàng, thuận tiện

và đặc biệt hơn nữa là MIỄN PHÍ và hiện được duy trì bởi tổ chức “modbus.org”

1.1Các chuẩn modbus nào đang được sử dụng phổ biến?

 Modbus ASCII: Mọi thông điệp được mã hóa bằng hexadeci-mal, sử dụng đặc tính ASCII 4 bit

 Modbus RTU: Dữ liệu được mã hóa theo

hệ nhị phân, và chỉ cần một byte truyền thông cho một byte dữ liệu

 Modbus TCP: MODBUS/TCP đơn giản

là MODBUS qua Ethernet Thay vì sử dụng thiết bị này cho việc kết nối với các thiết bị tớ, do đó các địa chỉ IP được sử dụng

1.2Lợi ích khi sử dụng Modbus là gì?

•Phát triền với các ứng dụng IoT trong công nghiệp hiện đai

•Cho phép kết nối nhanh chóng, hiệu quả trong mạng hệ thống

•Dễ triển khai, bảo trì, quản lý tập trung

•Kết nối được với các hệ thống giám sát, thu thập dữ liệu cho công tác quản trị, vận hành hệ thống nhà máy

1.3Nhược điểm khi sử dụng modbus

• Đây không phải là loại mạng có thể nhanh chóng phản ứng kịp với tình trạng báo

động mà chỉ đơn giản gửi yêu cầu và nhận phản hồi

• Không sử dụng Modbus để truyền dữ liệu nhạy cảm Modbus không hỗ trợ bất kỳ

loại bảo mật nào Bất kỳ ai có quyền truy cập vào mạng đều có thể đọc dữ liệu được truyền trên mạng

• Modbus không có bất kỳ biện pháp bảo vệ cố hữu nào chống lại các cuộc tấn công vô tình hoặc độc hại đối với các giao dịch dữ liệu của nó từ các cuộc tấn công an ninh mạng và yêu cầu các biện pháp bảo vệ bổ sung

• Các gói được giới hạn tối đa khoảng 120 byte nên sẽ không hiệu quả nếu bạn có

nhiều dữ liệu cần truyền

2 Ví dụ kết nối Modbus cảm biến nhiệt độ với PLC S7-1200

2.1 Đấu nối:

Bước 1:Nối chân 3 của module với chân A của cảm biến

Bước 2: Nối chân 8 của module với chân B của cảm biến

Bước 3: Cắm dây mạng vào PLC

2.2 Lập trình

Bước 1 Mở phần mềm Tia portal -> tạo Project mới và đặt tên

Bước 2 Tạo phần cứng: Add new device -> Controller -> SIMATIC S7-1200 -> CPU -> CPU 1212C AC/DC/Rly -> 6ES7 212-1BE40-0XBO (v4.4) -> Add

Bước 3 Click chuột phải vào PLC

-> Propperties -> Ethernet

addresses để đặt địa chỉ IP

Bước 4 bật các Bit hệ thống

Bước 5 Thêm module truyền thông

-Ở bên phải màn hình chọn Communications modules -> Point-to-point -> CM 1241

(RS422/485) -> 6ES7 241-1CH31-0XBO rồi kéo

ra ngoài

-Cấu hình thì ta sẽ để mặc định không thay đổi

Bước 6 Programs blocks -> Main [OB1] -> để lập trình modbus

Bước 6 upload phần mềm lên, sau đó online để xem chương trình có lỗi gì không

Khi hệ thống hoạt động ta thấy lúc này nhiệt nằm ở 27.3 độ ( nhiệt độ thực tế của cảm biến)

Bước 7 Lấy bật lửa hơ vào cảm biến -> nhiệt độ tăng lên 37.4 độ -> Cảm biến hoạt động tốt, chức năng modbus đọc PLC thành công

Thanks you !!!