Báo cáo thực hành hệ thống thông tin công nghiệp

Báo cáo thực hành hệ thống thông tin công nghiệp, thực hành hệ thống thông tin công nghiệp...............................................................................................................................

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO THỰC HÀNH

HỌC PHẦN: HỆ THỐNG THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP

Sinh viên: Nguyễn Tuấn Thành

Mã sinh viên: 89100 Nhóm: N02– TH1 Giảng viên: Ths Phạm Thị Hồng Anh

HẢI PHÒNG 12/2023

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH VẼ 2

MỞ ĐẦU 3

BÀI 1: MẠNG TTCN GHÉP NỐI BIẾN TẦN TRONG PHÒNG TN 4

1.1 Nội dung thí nghiệm: 4

1.1.1 Khái quát chung về USS 4

1.1.2 Kiến trúc giao thức 5

1.1.3 Cấu trúc bức điện 5

1.1.4 Quá trình truyền tin 6

1.1.5 Cách thức xây dựng một bản tin 7

1.2 Ví dụ về bản tin dược gửi tới biến tần: 13

BÀI 2: TỦ PCS7 TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 17

2.1 Nội dung thí nghiệm 17

2.1.1 Giới thiệu về hệ thống PCS7 phòng thí nghiệm 17

2.1.2 Các thiết bị của trạm PCS7 phòng thí nghiệm 18

Kết luận 29

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Khởi động biến tần số 2 với tần số 25% 14

YHình 2 1 Hệ thống PCS7 trong công nghiệp 18

Hình 2 2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống PCS7 19

Hình 2 3 Sơ đồ cấu trúc tủ PCS7 phòng thí nghiệm 19

Hình 2 4 Tủ PCS7 phòng thí nghiệm 20

Hình 2 5 Bảng điều khiển và giám sát PCS7 21

Hình 2 6 Trạm phân tán ET200M 21

Hình 2 7 Thiết bị đo mức siêu âm 7ML 12011EF00 22

Hình 2 8 Thiết bị đo lưu lượng dòng chảy Sitrans F 23

Hình 2 9 Thiết bị đo lưu lượng Sitrans FM 24

Hình 2 10 Thiết bị đo áp suất Sitrans P 25

Hình 2 11 Van điện từ nước UNI-D Model UW-15 26

Hình 2 12 Động cơ 27

Hình 2 13 Tủ điện của hệ thống PCS7 27

Hình 2 14 Tủ điện của hệ thống PCS7 28

Hình 2 15 Mô hình hệ thống 29

MỞ ĐẦU

Trong cuộc sống hiện nay, vai trò của các hệ thống thông tin trong côngnghiệp đã ngày càng lớn mạnh Hệ thống thông tin là một hệ thống đóng vai tròlàm vật trung gian giữa các công ty, doanh nghiệp với môi trường, xã hội Hệthống thông tin đã phát triển từ việc hỗ trợ một số chức năng văn phòng sang đóngvai trò chiến lược trong công ty Đặc biệt, những tiến bộ của công nghệ thông tin

và ứng dụng của chúng trong nhiều lĩnh vực kinh doanh đã thúc đẩy các doanhnghiệp ngày càng quan tâm đến việc sử dụng tiến bộ của công nghệ thông tin đểđạt được lợi thế cạnh tranh và tạo ra những khả năng mới Xu hướng sử dụng thànhcông hệ thống thông tin hiện đang mở rộng trên tất cả các loại tổ chức, bao gồm cảcác công ty vừa và nhỏ ở các quốc gia mới nổi phát triển Tuy nhiên, việc ứngdụng thành tựu công nghệ thông tin không phải đơn giản ngay cả đối với cácdoanh nghiệp tầm cỡ đa quốc gia dồi dào cả về kinh nghiệm, nguồn tài lực và nhânlực Chính vì vậy việc tìm hiểu về các hệ thống thông tin công nghiệp là rất quantrọng đặc biệt là từ những hệ thống thực tế thông qua những buổi thực hành quansát và điều khiển hệ thống

Em xin chân thành cảm ơn!

Hải Phòng, ngày 24 tháng 12 năm

2023

BÀI 1: MẠNG TTCN GHÉP NỐI BIẾN TẦN TRONG PHÒNG TN

1.1 Nội dung thí nghiệm:

 Cấu trúc tổng quan của mạng TTCN

 Cấu trúc mạng ghép nối biến tần

 Điều khiển các biến tần

Hiện nay phòng thí nghiệp của tổ môn Điện tự động công nghiệp đượctrang bị 4 biến tần bao gồm 3 biến tần Micromaster Vecter và 1 biến tầnMicromaster ECO Việc điều khiển biến tần có thể được thực hiện một cách trựctiếp bằng việc cài đặt thông số trên các nút điều khiển Ngoài ra điều khiển biến tầncòn có thể được thực hiện từ xa qua đường truyền nối tiếp RS485 sử dụng giaothức USS bằng cách ghép nối biến tần với máy tính chủ và thiết lập một giao thứcchung giữa hai thiết bị này

1.1.1 Khái quát chung về USS

Giao thức USS được xây dựng bởi hãng Siemens là một giao thức truyềnthông nối tiếp đơn giản, nó phù hợp với mục đích và điều kiện truyền thông củacác thiết bị điều khiển

Giao thức USS cung cấp phương tiện truyền thông nối tiếp cho hệ thống mộttrạm chủ và một vài trạm tớ Các bộ điều khiển PLC hoặc PC được sử dụng mộtcách linh hoạt và thuận tiện trong truyền thông USS

Giao thức USS có thể sử dụng cho hệ thống truyền thông kiểu đa điểm (nhưphần cứng RS485) hoặc truyền thông kiểu điểm - điểm (như giao diện EIARS232)

Ưu điểm của giao thức USS:

+ Sử dụng phương pháp truy nhập bus chủ - tớ

+ Chỉ sử dụng một trạm chủ

+ Sử dụng được tối đa 32 trạm trên một đoạn mạng

+ Giao tiếp đơn giản

Ngoài ra đầu vào tín hiệu của giao diện này còn có thể được sử dụng chochức năng dừng nhanh trong tình trạng có sự cố khẩn cấp.

Tất cảc các thông số sử dụng cho việc lựa chọn phương pháp điều khiểntheo chuẩn vào ra của giao diện chuẩn USS phải được cài đặt một cách đầy đủ trênbiến tần trước khi đưa hệ thống đi vào hoạt động

Khi đã hoàn thành việc kết nối biến tần với card truyền thông cũng như đãcài đặt đầy đủ những thông số cần thiết cho việc truyền thông với biến tần thôngqua giao diện USS ta thu được một mạng truyền thông đơn giản Khi đó ta có thểđiều khiển và giám sát hoạt động của biến tần một cách dễ dàng thông qua máytính cá nhân

1.1.2 Kiến trúc giao thức

Giao thức USS cung cấp phương pháp truyền thông tin trên nhiều hệ thốngbus cơ bản dựa trên nguyên tắc chủ - tớ Giao thức USS sử dụng phương pháptruyền tin theo kiểu điểm - điểm, nó cho phép kết nối một trạm chủ với số lượngtối đa 31 trạm tớ trên cùng một đoạn mạng Trạm chủ sẽ lựa chọn các trạm tớ riêng

lẻ thông qua địa chỉ trong bức điện hay nói cách khác trạm tớ sẽ lựa chọn các bảntin của mình thông qua địa chỉ trong bức điện mà trạm chủ gửi đi Giao thức USSkhông cung cấp phương pháp giao tiếp giữa các trạm tớ với nhau

Hệ thống bus hoạt động theo chế độ truyền tải là chế độ hai chiều gián đoạn,tức là tại cùng một thời điểm thì một trạm chỉ có thể gửi hoặc nhận thông tin màkhông thể thực hiện được 2 việc này một cách đồng thời Ở đây vai trò của trạmchủ được phân biệt một cách rõ ràng căn cứ vào cấu hình dịch vụ cũng như cácchức năng điều khiển

1.1.3 Cấu trúc bức điện

Trong giao thức USS, mỗi một bức điện bao gồm 14 byte Bức điện đượcbắt đầu bởi byte khởi đầu STX tiếp theo đó là byte LGE, ADR, N1, Nn, và cuốicùng là byte kết thúc BCC

+ STX: Là byte đánh dấu điểm khởi đầu của mỗi bức điện Bằng cách kếthợp với việc kiểm soát khoảng thời gian truyền tin thì byte STX cho phép ta nhậnthấy một cách chính xác khi bức điện bắt đầu được truyền đi Giá trị của byte STXđược quy định một cách cụ thể và thông thường là giống nhau trong mọi bức điệnứng với mỗi loại biến tần

+ LEG: Là byte có nội dung thể hiện chiều dài của một bức điện, thông tinnày sẽ cung cấp sự giống và khác nhau giữa các bản tin Ngoài ra trạm tớ có thểcăn cứ vào thông tin này để kiểm tra xem bản tin có được truyền và nhận một cáchchính xác hay không.

+ ADR: Là byte có nội dung thể hiện địa chỉ của trạm tớ và có thể có thêmmột số thông tin phụ trợ khác Giao thức USS cho phép địa chỉ của trạm tớ có thểđược xác định hoặc thay đổi, địa chỉ của 31 trạm tớ (từ 0 đến 30) sử dụng trên cùngmột đoạn mạng phải được được mã hoá theo cùng một kiểu sao cho tối ưu nhất

+ N1, , Nn: Là các byte có nội dung thể hiện các công việc cần thực hiệntrên trạm tớ Nó bao gồm các thông số hoạt động, các chế độ điều khiển và phươngpháp vận hành sẽ được cài đặt trên trạm tớ Thông tin này do người vận hành xâydựng lên tuỳ theo nhu cầu sử dụng của hệ thống trong từng trường hợp cụ thể

+ BCC: Là byte đánh dấu sự kết thúc của mỗi bản tin Căn cứ vào thông tinnày trạm chủ khẳng định nó đã hoàn thành vệc gửi một bản tin, còn trạm tớ hoànthành việc nhận xong một bản tin Khác với byte khởi đầu STX, byte kết thúc BCCcũng được quy định và tính toán một cách cụ thể tuỳ thuộc vào các thông tin trướcnó

1.1.4 Quá trình truyền tin

Trong giao thức USS, quá trình truyền bản tin được thực hiện một cách tuần

tự từ byte khởi đầu đến byte kết thúc Khi các từ thông tin có chiều dài 2 byte (từkép) thì quá trình truyền tin sẽ được đáp ứng theo mức ưu tiên: byte cao đượctruyền trước, sau đó là byte thấp

Dữ liệu được truyền đi trên đường truyền theo phương pháp truyền bít nốitiếp qua khung UART, việc truyền dữ liệu được thực hiện bằng cách truyền từngbyte một Mỗi byte dữ liệu trước khi truyền đi được bổ sung thêm 2 bít đánh dấukhởi đầu (start), kết thúc (stop) và 1 bít kiểm tra lỗi chẵn lẻ (parity bít) Việc điềukhiển truyền dữ liệu trên đường bus (gửi và nhận) được thực hiện bởi trạm chủ

Ban đầu trạm chủ có thể gửi một bản tin yêu cầu biến tần hoạt động với cácgiá trị danh định sau đó nhận bản tin trả lời từ biến tần để kiểm tra xem quá trìnhtruyền cũng như nhận một bản tin có chính xác hay không

Do thiết bị điều khiển cũng như card truyền thông được đặt trong cùng sựvận động với giao thức và sự hoạt động của biến tần, vì vậy để hạn chế xảy ra rủi

ro cho các thiết bị khi sự kết nối gặp thất bại ta cần lưu ý một số điểm sau:

+ Biến tần cung cấp phương tiện là giao diện USS kết nối với card truyềnthông và bộ đIều khiển thông qua sự kết nối về điện

+ Việc truyền và nhận bản tin được thực hiện một cách có chu kỳ, đồng thời có sựkiểm tra truyền tin thông qua bản tin trả lời

+ Ngừng việc truyền tin cho biến tần nếu không nhận được bản tin trả lờihoặc xảy ra lỗi trong bản tin trả lời Khi đó ta cần kiểm tra lại đường truyền, nộidung bản tin và tiến hành gửi lại bản tin khi các điều kiện cần đã thoả mãn, hệthống đã sẵn sàng.

1.1.5 Cách thức xây dựng một bản tin

Tất cả các bản tin được truyền đi giữa trạm chủ và trạm tớ đều bao gồm 14byte Mỗi byte dữ liệu được truyền đi theo một khung chuẩn UART bao gồm 1 bítstart, 8 bít dữ liệu, 1 bít chẵn lẻ và 1 bít stop

Trạm chủ gửi bức điện yêu cầu tới trạm tớ với nội dung:

Trạm tớ gửi bức điện trả lời về trạm chủ với nội dung:

Các byte dữ liệu trong bản tin được xây dựng như sau:

+ STX có chiều dài 1 byte, nó thường có giá trị là 02 áp dụng cho tất cả cácbản tin sử dụng để biểu thị sự khởi đầu của một bản tin

+ LGE có chiều dài 1 byte biểu thị số lượng byte (hay còn gọi là chiều dài)của một bức điện Đối với biến tần MicroMaster thì LGE thường có giá trị là 12

+ ADR có chiều dài 1 byte với nội dung là địa chỉ của các trạm tớ Cấu trúccủa ADR được chỉ ra cụ thể như sau:

Không sử dụng Địa chỉ

Bít mở rộng

Cấu trúc của ADR

Từ bít 0 đến bít 4 được sử dụng để mã hoá địa chỉ của 32 trạm bao gồm 1trạm chủ và 31 trạm tớ trên cùng một đoạn mạng

Bít 5 là bít truyền thông mở rộng, nếu bít này được đặt lên 1 thì bản tin làbản tin mở rộng, bản tin này sẽ được truyền thông và thực hiện trên tất cả các biếntần

Các bít 6 và 7 không được sử dụng thì thường được đặt là 0.

+ BCC có chiều dài 1 byte, nó được dùng để kiểm tra và đánh dấu sự kếtthúc của một bản tin Giá trị của BCC được xác định tuỳ thuộc vào từng loại bảntin và được tính theo phương pháp cộng dồn không nhớ 13 byte trước nó trong bảntin

+ IND có chiều dài 2 byte, nó không được sử dụng trong biến tần MicroMaster nên thường được đặt là 0

+ VAL có chiều dài 2 byte, nó chứa các giá trị cho các thông số đặc biệttrong PKE Giá trị của dữ liệu sẽ được đặt với hệ số là 1 hoặc 0,1 Thông thườngthì các tham số được điều chỉnh theo hệ số 0,1 (ví dụ với giá trị 232 thì trongtrường VAL sẽ là 23,2)

+ PKE có chiều dài 2 byte, nó được sử dụng để cài đặt các thông số điềukhiển và hoạt động cho biến tần PKE được cấu trúc cụ thể như sau:

Điều khiển 0 Thông số

Cấu trúc của PKE

Từ bít 0 đến bít 10 được sử dụng để mã hoá các hàm và thông số cần chuyểnđổi trên biến tần

Bít 11 không được sử dụng nên thường được đặt là 0

Từ bít 12 đến bít 15 là các bít xác định chế độ điều khiển trên biến tần

Ví dụ đối với biến tần Micromaster Vecter thì các bít điều khiển có ý nghĩanhư sau:

0000 Không hoạt động

0001 Đọc thông số

0010 Ghi thông số tới RAM và EEPROM

1110 Không thi hànhTrong bản tin trạm tớ gửi về trạm chủ thì các bít điều khiển có ý nghĩa nhưsau:

Tất cả các giá trị mã hoá khác của các bít điều khiển không được sử dụng.+ STW có chiều dài 2 byte, nó được sử dụng để điều khiển các chế độ hoạtđộng của biến tần STW được cấu trúc như sau:

0: Biến tần hoạt động ở trạng thái OFF1

1: Cho phép biến tần hoạt động

OFF2

0: Biến tần hoạt động ở trạng thái OFF2

1: Cho phép biến tần hoạt động

OFF3

0: Biến tần hoạt động ở trạng thái OFF3

1: Cho phép biến tần hoạt động

RUN

0: Dừng biến tần

1: Cho phép biến tần hoạt động.

(Biến tần MicroMaster còn có phương pháp điều khiển khác là On Right)Fast Stop

0: Dừng nhanh biến tần

1: Cho phép biến tần hoạt động

Ramp Hold

0: Bộ phát tốc độ ramp được giữ ở tần số hiện tại của nó

1: Cho phép biến tần hoạt động với tốc độ ramp thông thường

0: Không sử dụng các bít điều khiển

1: Các bít điều khiển được xác định

+ ZSW có chiều dài 2 byte, nó được sử dụng để biểu thị trạng thái dòng điệncủa biến tần ZSW được cấu trúc như sau:

Bít 13,14,15 không được sử dụng và thường được đặt là 0

Ý nghĩa của từng trạng thái bít được chỉ ra cụ thể như sau:

Initialised

0: Biểu thị biến tần đang khởi động

1: Biểu thị biến tần đã được khởi động

Ready

0: Biểu thị biến tần chưa sẵn sàng để hoạt động

1: Biểu thị biến tần đã sẵn sàng để hoạt động

Running

0: Không sử dụng đầu ra của biến tần

1: Có sử dụng đầu ra của biến tần.

0: Không bật công tắc điều kiện hạn chế

1: Bật công tắc điều kiện hạn chế

Warning

0: Không sử dụng phương pháp cảnh báo

1: Có sử dụng phương pháp cảnh báo (ví dụ như báo quá dòng)

Control Mode

0: Điều khiển biến tần tại chỗ

1: Điều khiển biến tần từ xa

Frequency at Setpoint

0: Tần số đầu ra của biến tần thấp hơn so với yêu cầu điểm đặt

1: Tần số đầu ra của biến tần lớn hơn so với yêu cầu điểm đặt

Right

0: Không sử dụng nút Right

1: Điều khiển đầu ra là nút Right

Left

0: Không sử dụng nút Left

1: Điều khiển đầu ra là nút Left

+ HSW có chiều dài 2 byte, nó chứa các yêu cầu về tần số cho biến tần HSWđược chia tỉ lệ theo từng giá trị, giả sử giá trị 16348 (4000H) tương ứng với 100%,giá trị 32767 tương ứng với 200% Trên biến tần MicroMaster thì thông số chia tỉ

lệ này được đặt trong P094 Khi đó tần số đầu ra của biến tần MicroMaster đượctính toán như sau:

Output frequency = (HSW*P094) / 16384+ HIW có chiều dài 2 byte, nó đại diện cho tần số đầu ra của biến tần

1.2 Ví dụ về bản tin dược gửi tới biến tần

Sau khi nhập các byte cơ bản STX, LGE và ADR (địa chỉ) Ta thực hiện tínhtoán các bản tin khác nhau tương tự như các khâu khi vận hành một biến tần trongthực tế bao gồm 3 khâu: Nhập thông số, vận hành, dừng biến tần Các khâu nàyhoàn toàn không liên quan tới nhau, cũng như trong cùng một thời điểm biến tầnchỉ có thể chạy một trong 3 khâu trên do đó nó trở thành điều kiện ràng buộc ảnhhưởng ngược lại tới cấu trúc của bản tin trong mạng truyền thông

Từ cơ sở đó ta có được một số lưu ý sau về kết cấu bản tin:

Đối với biến tần muồn thay đổi thông số, trong bản tin truyền thông biếnRUN trong STW nằm ở bit 4 bắt buộc phải có giá trị logic bằng 0 (dạng nhị phân),tương đương với điều đó, 2 byte HSW1 và HSW2 (byte chứa thông tin về phầntrăm tần số biến tần khi RUN) vô dụng trong trường hợp này do đó chúng cũngbằng 0 4byte duy nhất có giá trị trong bản tin này là 2 byte PKE với 4 bit cao chứachế độ điều khiển (đọc/ghi/không làm gì) luồn bằng 0010 để ghi thông số, 12 bitthấp hơn sẽ chứa số hiệu của thông số và 2 byte VAL chứa giá trị cụ thể của thông

Đối với biến tần muốn dừng, kết cấu bản tin sẽ rất đơn giản, với điều kiệnbắt buộc là bit số 4 của STW và RUN bằng 0 Trong bản tin các byte HSW, PKE,VAL bằng 0, biến STW có thể có giá trị nhưng chỉ để lưu sẵn chế độ cho phiênlàm việc sau.

 Ví dụ về bức điện được gửi tới biến tần :

Khởi động biến tần số 2 với 25% tần số

Bức điện được gửi đi:

Hình 1 1 Khởi động biến tần số 2 với tần số 25%

Ý nghĩa bản tin:

Bản tin được truyền đi giữa trạm chủ và trạm tớ bao gồm 14 byte Mỗi byte

dữ liệu được truyền đi theo một khung chuẩn UART bao gồm 1 bít start, 8 bít dữliệu, 1 bít chẵn lẻ và 1 bít stop

Các byte dữ liệu trong bản tin được xây dựng như sau:

+ STX (1byte) có giá trị là 02, sử dụng để biểu thị sự khởi đầu của một bảntin

+ LGE (1 byte) có giá trị là 12 , biểu thị số lượng byte (chiều dài) của mộtbức điện đối với biến tần MicroMaster