Báo cáo môn học mạng truyền thông trong công nghiệp Đề tài hệ thống Điều khiển cửa tự Động trong nhà máy dùng giao thức truyền thông modbus

HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO MÔN HỌC MẠNG TRUYỀN THÔNG TRONG CÔNG NGHIỆP Đề tài: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỬA TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ MÁY DÙNG GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG MODBUS Giảng viên hướng dẫn: TS... VIỆN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO MÔN HỌC MẠNG TRUYỀN THÔNG TRONG CÔNG NGHIỆP

Đề tài: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỬA TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ

MÁY DÙNG GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG MODBUS

Giảng viên hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thiện

Sinh viên thực hiện: Lục Ban Nguyên Mã SV: 2180500463 Lớp: 21DTDA1Sinh viên thực hiện: Đỗ Nguyên Phương Mã SV: 2180500141 Lớp: 21DTDA1Sinh viên thực hiện: Hồ Phương Khanh Mã SV: 2180500704 Lớp: 21DTDA1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

BÁO CÁO MÔN HỌC MẠNG TRUYỀN THÔNG TRONG CÔNG NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn : Phạm Quốc Thiện

Nhóm thực hiện : Lục Ban Nguyên 2180500463

: Đỗ Nguyên Phương 2180500141 : Hồ Phương Khanh 2180500704 Lớp : 21DTDA1

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian 3 tuần nhận đề tài cũng và hoàn thành bản báo cáo môn học, bảnthân nhóm em đã đúc kết ra những điều sau:

Bản thân mình thực sự yêu thích ngành học tự động hóa Được nhận chuyên

đề giúp cho nhóm em có cảm giác trải nghiệm một phần nào công việc, nhiệm vụ củamột người kỹ sư tự động hóa là như thế nào Đồng thời tạo cho nhóm em hình dungchân thực nhất về công việc sẽ gắn bó với mình sau này

Về mặt kiến thức, nhóm em đã trau dồi một lượng kiến thức đáng kể về ngành

tự động hóa và gợi nhớ, khắc sâu những kiến thức nhóm em đã trau dồi trong suốtquá trình học các bộ môn liên quan đến ngành tự động hóa, tìm hiểu thêm đượcnhững điều hữu ích của bộ môn từ nhiều nguồn: thực tế, sách, internet, hướng dẫn từ

cô và giúp đỡ của các bạn, và có thể đem kiến thức đó sau này ứng dụng vào côngviệc và cuộc sống

Kiến thức lĩnh vực chuyên môn hay ngoài chuyên môn là vô cùng rộng lớn vàquý giá nếu chúng ta biết sử dụng đúng cách Bản thân phải cố gắng hơn nữa để nắmvững hơn vốn kiến thức được trang bị trong nhà trường và cần phải trang bị cho mìnhnhững hành trang tri thức bằng việc đọc sách báo, các tài liệu kỹ thuật có liên quan đếnchuyên ngành Đồng thời phải học hỏi thêm từ thầy cô thuộc lĩnh vực chuyên môn

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc tới thầy PhạmQuốc Thiện, chúc thầy sức khỏe, tràn ngập niềm vui, đầy nhiệt huyết với sự nghiệpnhà giáo của mình

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Nhóm tác giả xin cam đoan báo cáo đồ án là do chính nhóm viết dưới sự hướngdẫn của thầy

Các số liệu được sử dụng phân tích trong bài báo cáo có nguồn gốc rõ ràng Vàcác kết quả nghiên cứu trong bài là do nhóm tự tìm tòi, nghiên cứu và phân tích mộtcách trung thực và khách quan

TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2023Nhóm tác giả thực hiện

VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN VẤN ĐÁPTÊN MÔN HỌC: Mạng truyền thông trong công nghiệp NGÀNH: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm 3):

(1) Lục Ban Nguyên MSSV: 2180500463 Lớp: 21DTDA1 (2) Đỗ Nguyên Phương MSSV: 2180500141 Lớp: 21DTDA1 (3) Hồ Phương Khanh MSSV: 2180500704 Lớp: 21DTDA1

2 Tên đề tài: Hệ thống điều khiển cửa tự động trong nhà máy dùng giao thức modbus .

3 Các dữ liệu ban đầu:

- Tài liệu lý thuyết: Các tài liệu về mạng truyền thông trong công và các giao thức truyềnthông khác liên quan đến PLC

- Hệ thống điều khiển: Thông tin về các loại PLC, PC, và vi điều khiển được sử dụng trongthực tế, bao gồm các thông số kỹ thuật và khả năng giao tiếp

- Các phần mềm hỗ trợ: Các công cụ và phần mềm được sử dụng để thiết kế và mô phỏng hệthống truyền thông (ví dụ: LabVIEW, TIA Portal)

- Thiết bị phần cứng: Danh sách các thiết bị phần cứng cần thiết cho mô hình, bao gồm PLC,

vi điều khiển, cảm biến, và các thiết bị khác

4 Nội dung nhiệm vụ:

- Nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu về các giao thức truyền thông phổ biến trong công nghiệp

và cách chúng hoạt động trong các hệ thống PLC

- Thiết kế hệ thống: Thiết kế một hệ thống mạng truyền thông giữa PLC và PC hoặc PLC và

vi điều khiển, hoặc PLC với các thiết bị khác…

- Xây dựng mô hình: Xây dựng mô hình thực nghiệm cho hệ thống đã thiết kế, có thể sửdụng phần mềm mô phỏng hoặc lắp đặt thực tế.

- Thiết kế giao diện giám sát: Phát triển giao diện giám sát cho hệ thống truyền thông, chophép theo dõi và điều khiển các tham số trong thời gian thực

- Báo cáo: Viết báo cáo tiểu luận mô tả quá trình nghiên cứu, thiết kế, thực hiện, và kết quảđạt được

5 Kết quả tối thiểu phải có:

1) Mô hình hệ thống: Mô hình thực nghiệm hoặc mô phỏng hoàn chỉnh thể hiện kết nốigiữa PLC, PC, và vi điều khiển…

2) Giao diện giám sát: Một giao diện giám sát hoạt động hiệu quả, có thể hiển thị thôngtin thời gian thực từ hệ thống điều khiển

3) Báo cáo chi tiết: Báo cáo tiểu luận bao gồm lý thuyết nền tảng, phương pháp thựchiện, kết quả thu được, và phân tích đánh giá

4) Video trình bày (nếu có): Một video ngắn trình bày kết quả và hoạt động của mô hình,giao diện giám sát, và cách thức vận hành

Ngày giao đề tài: ……./…… /……… Ngày nộp báo cáo: ……./…… /………

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên các thành viên)

TP HCM, ngày … tháng … năm ……….

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘTHỰC HIỆN BÁO CÁO MÔN HỌC & ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN

TÊN MÔN HỌC: Mạng truyền thông trong công nghiệp NGÀNH: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

(Do giảng viên hướng dẫn ghi và giao lại cho sinh viên đóng vào cuốn báo cáo)

1 Tên đề tài: Hệ thống điều khiển cửa tự động trong nhà máy dùng giao thức modbus

2 Giảng viên hướng dẫn: Phạm Quốc Thiện

3 Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện đề tài (sĩ số trong nhóm 3)

(1) Lục Ban Nguyên MSSV: 2180500463 Lớp: 21DTDA1(2) Đỗ Nguyên Phương MSSV: 2180500141 Lớp: 21DTDA1

(3) Hồ Phương Khanh MSSV: 2180500704 Lớp: 21DTDA1

7 09/04/2024 Thiết kế và mô phỏng về bản vẽ kỹ

thuật cho mô hình

9 23/05/2024 Hoàn thiện lắp ráp và chạy thử

Tuầ

Kết quả thực hiện của sinh viên (Giảng viên hướng dẫn ghi)

Điểm đánh giá quá trình thực hiện đồ án = 50% x Tính chủ động, tích cực, sáng tạo +

%50 x Đáp ứng nội dung nhiệm vụ

Tổng điểm kết thúc học phần = Điểm đánh giá quá trình thực hiện đồ án x 40% + Điểm

chấm báo cáo GVHD x 30% + Điểm chấm báo cáo GVPB x 30%

Lưu ý: Tổng điểm tiêu chí đánh giá về quá trình thực hiện đồ án; Điểm báo cáo bảo vệ đồ án môn

học; Điểm quá trình ( Ghi theo thang điểm 10 ), giảng viên chuyển điểm vào bảng điểm Viện đã giao.

Họ tên sinh viên Mã số SV

Tiêu chí đánh giá về quá trình thực

hiện đồ án

Tổng điểm tiêu chí đánh giá về quá trình thực hiện

đồ án (tổng 2 cột điểm 1*50%

+2*50%)

Tính chủ động, tích cực, sáng tạo

Đáp ứng nội dung nhiệm vụ

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên các thành viên)

TP HCM, ngày … tháng … năm ……….

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

VIỆN KỸ THUẬT HUTECH PHIẾU CHẤM ĐIỂM BÁO CÁO MÔN HỌC HỌC KỲ 1A – NĂM HỌC 2024 – 2025 Môn: Mạng truyền thông trong công nghiệp Mã môn học: CMP1010

Tên đề tài: Hệ thống điều khiển cửa tự động trong nhà máy dùng giao thức modbus

Họ và tên giáo viên hướng dẫn:

Nhận

xét:

STT MSSV Họ và tên Định dạng báo cáo (20%) Nội dung báo cáo (50%) Khả năng trình bày và biện luận (30%) Tổng điểm 1 2180500463 Lục Ban Nguyên 2 2180500141 Đỗ Nguyên Phương 3 2180500704 Hồ Phương Khanh TP HCM, ngày … tháng … năm ……….

Giảng viên

(Ký và ghi rõ họ tên)

Viện kỹ thuật Hutech

PHIẾU CHẤM ĐIỂM BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2023-2024 Môn: Mạng truyền thông trong công nghiệp Mã môn học: CMP1010

Tên đề tài: Hệ thống điều khiển cửa tự động trong nhà máy dùng giao thức modbus

Họ và tên giáo viên phản biện:

Nhận

xét:

STT MSSV Họ và tên Định dạng báo cáo (20%) Nội dung báo cáo (50%) Khả năng trình bày và biện luận (30%) Tổng điểm 1 2180500463 Lục Ban Nguyên 2 2180500141 Đỗ Nguyên Phương 3 2180500704 Hồ Phương Khanh TP HCM, ngày … tháng … năm ……….

Giảng viên

(Ký và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN MITSUBISHI ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA CHO BĂNG TẢI

MINI 14

1.1 Giới thiệu về đề tài 14

1.1.1 Lý do chọn đề tài 20

1.1.2 Tầm quan trọng của đề tài 21

1.2 Mục tiêu của đề tài 21

1.3 Giới hạn đề tài 22

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 23

2.1 Một số phương pháp điều khiển biến tần 23

2.2 Phương pháp được lựa chọn 25

2.3 Sử dụng IOT để điều khiển và dám sát hệ thống từ xa 26

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN BÀI TOÁN 29

CÂU 1: Quy đổi về trục động cơ, tải phản kháng, chọn động cơ 29

CÂU 2: Điều khiển băng tải dùng khí cụ điện 30

CÂU 3: Điều khiển băng tải dùng biến tần 30

CHƯƠNG 4: CHỌN THIẾT BỊ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 34

4.1 Chọn thiết bị 34

4.2 Thi công mô hình 41

4.1.1 Sơ đồ khối hệ thống 41

4.2.2 Sơ đồ đấu nối mạch động lực-mạch điều khiển 42

4.2.3 Mô hình đã thi công 42

4.2.4 Sơ đồ đấu nối thiết bị IOT với biến tần 44

4.2.5 Mô hình đã thi công 46

4.2.6 Thiết kế giao diện trên BLYNK APP 47

4.2.7 Tham số biến tần 48

CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 53

5.2 Về phần mạch điều khiển 54

5.3 Về phần cảm biến kết nối IOT 58

CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 61

6.1 Đánh giá kết quả 61

6.2 Kết luận 61

6.3 Hướng phát triển 61

6.4 Tài liệu tham khảo 62

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 : Mô tả cấu trúc chung của hệ Truyền Động Điện Tự Động 15

Hình 1.2: Ảnh băng tải con lăn 16

Hình 1.4: Ảnh băng tải cao su 17

Hình 1.6: Ảnh băng tải xích 18

Hình 1.7: Ảnh băng tải nghiêng 19

Hình 1.8: Ảnh băng tải trục vít 19

Hình 1.9: Ảnh băng tải nâng hạ 20

Hình 1.10: Ảnh băng tải bàn thao tác 20

Hình 1.11: Ảnh băng tải co rút 21

Hình 2.10: NodeMCU 28

Hình 2.11: Sơ đồ khối hệ thống 29

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 30

Hình 3.2: Giản đồ tốc độ 30

Hình 4.1: Module Wifi 36

Hình 4.2: Module 4 relay 37

Hình 4.3: Board cắm mạch 38

Hình 4.4: Cảm biến 38

Hình 4.5: Biến tần mitsubishi 39

Hình 4.6: Thông số biến tần 39

Hình 4.7: Ảnh sơ đồ đấu nối 40

Hình 4.8: Sơ đồ đấu nối 43

Hình 4.10 Mặt trong của tủ 44

Hình 4.11: Sơ đồ đấu nối IOT với biến tần4.2.4 Thiết kế code 45

Hình 4.12: Mô hình hoàn thiện 47

Hình 4.13: Datastreams 48

Hình 4.14: Ảnh web đã thiết kế 48

Hình 5.1: Sản phẩm khi đã thi công 54

Hình 5.2: Chạy thuận 55

Hình 5.3: Chạy nghịch 56

Hình 5.4: Chế độ chạy chậm 56

Hình 5.5: Chế độ chạy trung bình 57

Hình 5.6: Chế độ chạy nhanh 58

Hình 5.7: Hình trên web và hiển thị trên biến tần 59

Hình 5.8: Hình trên web và hiển thị trên biến tần 59

Hình 5.9: Hình trên web và hiển thị trên biến tần 60

Hình 5.10: Hình trên web và hiển thị trên biến tần 60

Hình 5.11: Hình trên web và hiển thị trên biến tần 61

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Đặt vấn đề

1.1.1 Lý do chọn đề tài:

Trong bối cảnh ngành công nghiệp 4.0 đang phát triển mạnh mẽ, việc nghiên cứugiao thức mạng truyền thông Modbus trở nên ngày càng quan trọng và cần thiết.Modbus là một trong những giao thức truyền thông phổ biến nhất trong lĩnh vực tựđộng hóa, được sử dụng rộng rãi để kết nối và điều khiển các thiết bị như cảm biến, bộđiều khiển logic lập trình (PLC), và động cơ Lý do chọn đề tài này không chỉ nằm ởtính phổ biến của Modbus mà còn ở những ưu điểm nổi bật của nó

Modbus cho phép kết nối nhiều loại thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau, nhờ đómang lại tính linh hoạt cao trong việc thiết kế và triển khai các hệ thống tự động hóa.Khả năng tích hợp dễ dàng này giúp các doanh nghiệp tiết kiệm thời gian và chi phítrong việc nâng cấp hoặc mở rộng hệ thống Hơn nữa, giao thức này hỗ trợ việc giámsát và điều khiển quy trình sản xuất trong thời gian thực, cho phép người vận hànhnhanh chóng phát hiện và xử lý các sự cố xảy ra, từ đó nâng cao hiệu suất sản xuất Ngoài ra, trong bối cảnh các công nghệ mới như Internet of Things (IoT) đang pháttriển, nghiên cứu về Modbus cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách mà giao thức này cóthể tương tác và phối hợp với các thiết bị thông minh khác Việc tích hợp Modbus vàocác ứng dụng IoT không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn tạo ra nhữnggiải pháp mới cho các vấn đề hiện tại, như giám sát năng lượng và quản lý môi trường Một khía cạnh quan trọng khác của Modbus là tính bảo mật và độ tin cậy trongtruyền thông Việc nghiên cứu và đánh giá các lỗ hổng bảo mật trong giao thức này sẽgiúp đề xuất các biện pháp bảo vệ, từ đó nâng cao tính an toàn cho các hệ thống côngnghiệp

Tóm lại, chọn đề tài về giao thức mạng truyền thông Modbus không chỉ mang lạigiá trị học thuật mà còn có tính thực tiễn cao, phù hợp với xu hướng phát triển côngnghiệp hiện đại Nghiên cứu này sẽ giúp chúng ta hiểu sâu hơn về công nghệ tự động

hóa, đồng thời phát triển các giải pháp hiệu quả cho các thách thức trong thực tiễn, gópphần nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống công nghiệp trong tương lai.

Vì vậy nhóm em quyết định chọn làm hệ thống cửa cuốn tự động theo giao thứctruyền thông Modbus Cụ thể là Modbus RTU

1.1.2 Khảo sát những đề tài liên quan

Một số đề tài liên quan mà nhóm tra cứu thông qua Internet:

1 Điều khiển hệ thống HVAC

Nghiên cứu việc sử dụng Modbus trong điều khiển các hệ thống thông gió, điều hòa không khí và sưởi ấm để duy trì nhiệt độ và độ ẩm tối ưu

Ưu điểm:

 Tối ưu hóa hiệu suất: Giúp duy trì điều kiện môi trường lý tưởng, cải thiện hiệu suất hệ thống

 Tiết kiệm năng lượng: Giảm tiêu thụ năng lượng thông qua việc điều chỉnh

tự động theo nhu cầu

Ưu điểm:

 Tính linh hoạt: Có khả năng kết nối nhiều loại thiết bị khác nhau từ nhiều nhà sản xuất.

 Giám sát thời gian thực: Cung cấp thông tin liên tục về trạng thái thiết bị, giúp phát hiện sớm các vấn đề

 Tiết kiệm chi phí: Giảm thiểu thời gian dừng máy và tăng hiệu suất sản xuất.Nhược điểm:

 Độ phức tạp trong bảo trì: Cần có đội ngũ kỹ thuật viên có chuyên môn để bảo trì và khắc phục sự cố

 Giới hạn băng thông: Modbus RTU có tốc độ truyền dữ liệu tối đa khoảng 115.200 bps, có thể hạn chế trong các ứng dụng yêu cầu băng thông cao

 Chi phí triển khai cao: Cần đầu tư vào cả thiết bị IoT và hạ tầng mạng

 Yêu cầu về bảo mật: Thiết bị IoT có thể bị tấn công nếu không được bảo vệ đúng cách

4 Hệ thống an ninh và giám sát tòa nhà

Mô tả:

Sử dụng Modbus để kết nối các cảm biến an ninh và hệ thống giám sát video trong các tòa nhà.

1.2 Mục tiêu đề tài

Nhóm chúng em muốn hiểu rõ hơn mà cách giao thức này vận hành, cách đọc vànhận dữ liệu từ các Slave gửi về Master Nên nhóm chúng em đã áp dụng giao thứctruyền thông Modbus RTU cho hệ thống cửa tự động trong nhà máy Để biết cáchMaster PC thông qua phần mềm LabView để điều khiển và đọc tín hiệu của: đèn, cảmbiến, timer thông qua PLC Siemens S7-1200 và phần mềm Tia Portal

1.3 Phương pháp tiếp cận

Dưới sự hướng dẫn của thầy Phạm Quốc Thiện và nhóm tự mày mò, tìm kiếm tàiliệu có liên quan đến giao thức truyền thông Modbus RTU, cách sử dụng phần mềmLabview, cách sử dụng phần mềm Tia Portal và các phần mềm liên quan khác để cóthể hoàn thành được đề tài được giao

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái quát lý thuyết về mạng truyền thông

Mạng truyền thông trong công nghiệp (Industrial Communication Networks) là hệthống mạng được thiết kế để kết nối và truyền thông giữa các thiết bị, máy móc và hệthống trong môi trường công nghiệp Mục tiêu chính của mạng này là để thu thập,truyền tải và xử lý dữ liệu giữa các thiết bị tự động hóa, hệ thống điều khiển và ngườidùng

Mạng truyền thông dùng trong công nghiệp hiện nay có rất nhiều loại mạng khácnhau, mỗi loại mạng lại có kiểu thiết kế kết nối, giao thức truyền thông nhất định đểliên kết các thiết bị, máy tính công nghiệp và các mô đun I/O với nhau

Một số loại mạng truyền thông phổ biến: Mạng truyền thông công nghiệp Modbus, mạng truyền thông nối tiếp, mạng truyền thông DeviceNet, mạng truyền thôngProfibus, mạng truyền thông HART, mạng truyền thông ControlNet, mạng truyềnthông Foundation Field Bus,

Đặc điểm của mạng truyền thông công nghiệp:

1 Mạng truyền thông công nghiệp có đặc điểm là có thể được kết nối có dâyhoặc không dây, tùy thuộc vào yêu cầu của ứng dụng Cáp xoắn đôi, cápđồng trục và cáp quang là các loại cáp thường được sử dụng trong mạng códây để đảm bảo đường truyền tín hiệu Trong khi đó, mạng không dây sửdụng các kết nối qua sóng radio

2 Hiện nay, trong công nghiệp, có nhiều loại mạng truyền thông khác nhauđược sử dụng để kết nối các thiết bị trường công nghiệp với các mô đun I/O.Các mạng này được xác định dựa trên các giao thức nhất định Giao thứcđược hiểu là một tập hợp các quy tắc được sử dụng trong giao tiếp giữa haihoặc nhiều thiết bị để đảm bảo truyền thông hiệu quả và đáng tin cậy.Vai trò và lợi ích của mạng truyền thông công nghiệp:

Trong thời đại công nghệ, nhu cầu tự động hóa trong công nghiệp là vô cùngcần thiết Việc sử dụng mạng truyền thông công nghiệp, đặc biệt là bus trường

để thay thế cách nối điểm-điểm giữa các thiết bị công nghiệp mang lại nhiều lợiích to lớn:

 Đơn giản hóa kết nối giữa các thiết bị công nghiệp: các thiết bị thuộc cácchủng loại khác nhau được ghép nối với nhau trên một đường truyền duynhất

 Tối ưu việc thi công, lắp đặt, tiết kiệm dây truyền tín hiệu: thiết kế hệthống dễ dàng nhờ cấu trúc đơn giản Các thiết bị kết nối với nhau bằngmột đường duy nhất, giảm chi phí dây dân và công lắp đặt

 Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin: dây tín hiệu có khảnăng chống nhiễu loại bỏ nhiễu điện từ Thông tin truyền đi khó bị sailệch hơn, các thiết bị nối mạng còn có khả năng tự phát hiện lỗi và chẩnđoán lỗi nếu có và đồng thời nâng cao độ chính xác của thông tin

 Mạng công nghiệp có sự linh hoạt, tính năng mở: hệ thống mạng theochuẩn quốc tế, có thể sử dụng các thiết bị của nhiều hãng khác nhau trongcùng một hệ thống bằng kết nối đơn giản Việc thay thế thiết bị, nâng cấp

và mở rộng, bổ sung chức năng cho hệ thống dễ dàng hơn

 Dễ dàng phát hiện, chuẩn đoán lỗi của các thiết bị: với việc sử dụng mộtđường truyền duy nhất, các thiết bị có thể trao đổi dữ liệu, tích hợp khảnăng tự chẩn đoán lỗi và cảnh giới lẫn nhau

Phân loại hệ thống mạng trong công nghiệp:

Hình : Hệ thống mạng trong công nghiệp.

Mỗi tầng sẽ tương ứng với một cấp độ khác nhau trong nhà máy, xí nghiệp, nói riêng, hay trong công nghiệp nói chung Thông tin hoặc luồng dữ

liệu từ Field level đến Company level và ngược lại.

 PLC và PID đóng vai trò chủ đạo

 Đọc thông tin từ Field level,

 Tiến hành lập trình trên phần mềm để điều khiển thiết bị phần cứng

 PLC thường tích hợp sẵn PID, bộ điều khiển này bao gồm 3 khâu: Tỉ lệ – Tích phân – Vi phân  giữ ổn định biến số điều khiển khi được thiết lập một thông số tiêu chuẩn đầu vào.

 Một số ứng dụng trong công nghiệp có đối tượng điều khiển như: nhiệt

độ, lưu lượng, áp suất,…  không thể điều khiển bằng phương pháp ON/OFF, nên sử dụng bộ điều khiển PID

Supervisory level

 Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (Supervisory Control

And Data Acquisition - SCADA) được sử dụng

 Giám sát cả hệ thống, đồng thời điều khiển PLC thực thi mệnh lệnh

 Thiết bị sử dụng chính của SCADA là màn hình HMI, PC Station,… →

sẽ hiển thị toàn bộ thông tin hệ thống, đồng thời cho phép điều khiển các thiết bị chấp hành một cách dễ dàng

 SCADA là sự kết hợp giữa các thiết bị ở Field level  truy cập dữ liệu,

điều khiển hệ thống

 SCADA có thể giám sát và điều khiển nhiều hệ thống cùng một lúc chứ không phải chỉ có một HMI và một hệ thống

Planning level

 Một hệ thống quản lý bằng máy tính (Manufacturing Execution

System - MES) được sử dụng

 Giám sát toàn bộ quá trình sản xuất trong một dự án hay nhà xưởng, từ nguyên vật liệu thô đầu vào đến khi sản phẩm hoàn thiện

→ người quản lý có thể điều chỉnh lượng hàng nhập vào và kế hoạch xuất xưởng dựa trên những dữ liệu nhận được từ hệ thống

Company level

 Một hệ thống quản lý tích hợp (Enterprise Resource Planning - ERP) đ

ược sử dụng  người quản lý hàng đầu của công ty có thể quan sát và điều hành mọi hoạt động

 ERP cho phép giám sát tất cả các cấp độ từ khâu sản xuất, nhập hàng, bán hàng, đến quản lý tài chính, trả lương nhân viên → thúc đẩy hiệu suất làm việc và đảm bảo tính minh bạch trong công ty

2.2 Lý thuyết về giao thức truyền thông Modbus

Modbus là gì?

Modbus là một chuẩn giao thức truyền thông công nghiệp được phát hành và pháttriển bởi MODICON vào năm 1979, và chính thức thuộc về Schneider Electrics vàonăm 1996 MODBUS đã nhanh chóng trở thành trở thành tiêu chuẩn truyền thôngtrong các ngành công nghiệp tự động hóa bởi tính ổn định, dễ dàng, thuận tiện và đặcbiệt hơn nữa là MIỄN PHÍ và hiện được duy trì bởi tổ chức “modbus.org”

Nguyên tắc hoạt động của Modbus: Modbus hoạt động theo nguyên tắc “Master –Slave” hay còn gọi là “Chủ – Tớ” Một Master có thể kết nối được với một hay nhiều

“Slave” “Master” thường là PLC, PC, DCS, RTU hay SCADA “Slave” thường làcác thiết bị cấp hiện trường Nói một cách dễ hiểu, nó là một phương pháp được sửdụng để truyền thông tin qua đường dây nối tiếp giữa các thiết bị điện tử Thiết bị yêucầu thông tin được gọi là Master và thiết bị cung cấp thông tin là Slaves Trong mạngModbus tiêu chuẩn, có một Master và tối đa 247 Slave, mỗi Slave có một địa chỉ Slaveduy nhất từ 1 đến 247 Master cũng có thể ghi thông tin vào các Slave

Hình : Nguyên tắc hoạt động của Modbus Hiện nay, Modbus được biết đến và sử dụng phổ biến trong công nghiệp gồm 3chuẩn: MODBUS RTU, MODBUS TCP và MODBUS ASCII.

TCP phải được thiết lập kết nối trước khi truyền dữ liệu, vì nó là giao thức dựa trênkết nối Master (hoặc Client trong Modbus TCP) thiết lập kết nối với Slave (hoặcServer) Server chờ một kết nối đến từ Client Sau khi kết nối được thiết lập, Server sẽphản hồi các truy vấn từ Client cho đến khi Client ngắt kết nối.

Modbus ASCII

Mọi thông điệp được mã hóa bằng hexadecimal, sử dụng đặc tính ASCII 4 bit Đốivới mỗi một byte thông tin, cần có 2 byte truyền thông, gấp đôi so với MODBUS RTUhay MODBUS TCP Tuy nhiên, MODBUS ASCII chậm nhất trong số 3 loại giaothức, nhưng lại phù hợp với modem điện thoại hay kết nối sử dụng sóng radio bởiASCII sử dụng các tính năng phân định thông điệp Nhờ tính năng phân định này, mọirắc rối trong phương tiện truyền dẫn sẽ không làm thiết bị nhận dịch sai thông tin.Điều này rất quan trọng khi đề cập đến các giao thức truyền thông cho các modem cần

độ chính xác thông tin cao, điện thoại di động, nhiễu âm thanh hay các phương tiệntruyền thông chuyên dụng khác

Ứng dụng của Modbus: Modbus là một giao thức mở, điều này có nghĩa là các nhàsản xuất hoàn toàn có thể tích hợp chuẩn Modbus vào thiết bị của họ miễn phí màkhông phải trả tiền bản quyền Nó đã trở thành một tiêu chuẩn giao thức truyền thôngtrong công nghiệp và đang là phương tiện phổ biến nhất hiện có để kết nối các thiết bịđiện tử công nghiệp Nó được sử dụng rộng rãi bởi nhiều nhà sản xuất trong nhiềungành công nghiệp Modbus thường được sử dụng để truyền tín hiệu từ thiết bị đo đạc

và điều khiển trở lại bộ điều khiển chính hoặc hệ thống thu thập dữ liệu, ví dụ như hệ

thống đo nhiệt độ và độ ẩm và truyền kết quả tới máy tính Modbus thường được sửdụng để kết nối máy tính giám sát với thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) trong hệ thốngđiều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) Các phiên bản của giao thứcModbus phổ biến cho các đường nối tiếp (Modbus RTU và Modbus ASCII) và choEthernet (Modbus TCP).

của Graphical, nghĩa là đồ họa).

LabVIEW được dùng nhiều trong các phòng thí nghiệm, lĩnh vực khoa học kỹthuật như tự động hóa, điều khiển, điện tử, cơ điện tử, hàng không, hóa sinh, điện tử ysinh, Hiện tại ngoài phiên bản LabVIEW cho các hệ điều hành Windows, Linux,Hãng NI đã phát triển các mô-đun LabVIEW cho máy hỗ trợ cá nhân (PDA) Cácchức năng chính của LabVIEW có thể tóm tắt như sau:

 Thu thập tín hiệu từ các thiết bị bên ngoài như cảm biến nhiệt độ, hình ảnh

từ webcam, vận tốc của động cơ,

 Giao tiếp với các thiết bị ngoại vi thông qua nhiều chuẩn giao tiếp thông quacác cổng giao tiếp: RS232, RS485, USB, PCI, Ethernet

 Mô phỏng và xử lý các tín hiệu thu nhận được để phục vụ các mục đích nghiêncứu hay mục đích của hệ thống mà người lập trình mong muốn

 Xây dựng các giao diện người dùng một cách nhanh chóng và thẩm mỹ hơnnhiều so với các ngôn ngữ khác như Visual Basic, Matlab,