Bài thí nghiệm mạng công nghiệp

TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ðIỆN – ðIỆN TỬ BÀI THÍ NGHIỆM MẠNG CÔNG NGHIỆP ` Modbus RTU Distributed I/O (11) PLC (1) CANopen module (3) VSD (9) 3P AC Motor, 0.5Hrs (13) To PC Switch 8 ports (15) Modbus RTU master module (8) CANopen Din 9 terminal (5) CANopen splitter (7) Circuit Breaker 2P (12) USB progamming cable (2) Modbus TCP Distributed I/O (10) ` CAN cable 1m (6) Panel, Power supply (14) I. Mục ñích Mạng công nghiệp là một vấn ñề truyền thông rất quan trọng trong các hệ thống ñiểu khiển tự ñộng, ñặc biệt khi hầu hết các hệ thống tự ñộng hóa ngày nay ñều có sự tương tác rất cao giữa các thiết bị cũng giữa các cấp ñiều khiển: ðó là sự kết nối giữa các thiết bị ở cấp trường như Sensor, actuator với các bộ ñiểu khiển như PLC hay là kết nối giữa các thiết bị ñiều khiển với nhau, sự tương tác giữa cấp ñiều khiển và cấp giám sát …vv. Do ñó nghiên cứu, tìm hiểu, và ứng dụng mạng công nghiệp là yêu cầu tất yếu ñối với các sinh viên nghành tự ñộng hóa. Bài thí nghiệm này ñược thực hiện với những mục ñích sau:  Sinh viên nắm rõ các chuẩn truyền thông công nghiệp như RS232, RS485, CAN.  Sinh viên nắm rõ ñược các giao thức truyền thông phổ biến trong công nghiệp như: Modbus RTU, Modbus TCP, CANopen.  Sinh viên biết cách thực hành mạng công nghiệp trên những thiết bị chuẩn công nghiệp trong thực tế như: PLC, biến tần, Remote I/O II. Yêu cầu: • Sinh viên hiểu sơ ñồ ñấu nối của chuẩn truyền RS485, chuẩn CAN và Ethernet. • Sinh viên hiểu ñược cơ chế giao tiếp của các giao thức truyền thông: Modbus serial (RTU, ASCII ), Modbus TCP, CANopen. • Lập trình cho PLC giao tiếp với các thiết bị qua các giao thức trên bao gồm : Giao tiếp giữa PLC và biến tần Altivar 31 qua mạng CANopen, Giao tiếp PLC va Remote I/O qua mạng Modbus RTU và Modbus TCP. III. Chuẩn bị: ðể hoàn thành tốt bài thí nghiệm sinh viên cần chuẩn bị những kiến thức sau: 1. Tìm hiểu và nắm rõ cấu trúc của một số mạng truyền thông công nghiệp tiêu biểu như: mạng CAN, CANopen, RS485, Ethernet, Modbus RTU, Modbus TCP. Sinh viên có thể tìm hiểu thông qua những trang web cũng như tài liệu sau:  Mạng CAN và CANopen : • A Comprehensive Guide to Controller Area Network, Wilfried Voss. • Introduction to Controller Area Network, Texas Instrument. • http://www.can-cia.org • Controller Area Network, Mercedes Benz.  Mạng Modbus: • Introduction to Modbus TCP. • http://www.modbus.org/ 2. Tìm hiểu về cách lập trình cho PLC Twido của Schneider Electric.  Schneider Electric.com  http://www.dee.hcmut.edu.vn/vn/ptn/sch/download.html 3. Tìm hiêu cách sử dụng biến tần Altivar 312, các thanh ghi Modbus của Ethernet distributed I/O, Serial distributed I/O. Các thanh ghi CANopen của biến tần Altivar 312 IV. Tóm tắt cơ Sở lý thuyết Mạng công nghiệp là một vấn ñề tương ñối rộng trong lĩnh vực tự ñộng hóa và ñiều khiển. Có nhiều chuẩn truyền thông khác nhau cũng như nhiều giao thức khác nhau có thể kể ra ñó là: Modbus, CAN, CANopen, DeviceNet, ControlNet, Profibus, Interbus, Foundation Fieldbus, AS- I…vv. Chính vì sự phổ biến của Modbus và sự phát triển ngày càng lớn mạnh của CANopen mà bài thí nghiệm này sẻ tập trung vào tìm hiểu, phân tích và giới thiệu ñến sinh viên ứng dụng hai mạng này. Modbus Modbus là một trong những giao thức phổ biến nhất trong hệ thống mạng công nghiệp vì tính ñơn giản và ñộ tin cậy của nó. Modbus thực chất là giao thức nằm ở lớp ứng dụng của mô hình OSI, do ñó Frame truyền của Modbus có thể ñược truyền trên các chuẩn truyền thông khác nhau như: RS232, RS485, RS442 và Ethernet. Trên những chuẩn truyền khác nhau mà ta có các loại: • Modbus Serial: Bao gồm Modbus RTU và Modbus ASCII ñược truyền trên các chuẩn truyền thông như: RS232, RS485, RS422. • Modbus TCP: Truyền trên nền Ethernet. Modbus quy ñịnh cấu trúc của Frame truyền như sau: Error checking thường ñược xử lý tại lớp Datalink layer do ñó ñối với người sử dụng chỉ cần quan tâm ñến việc khai báo ñến phần Address, Function Code và Data của Frame truyền Address Function Code Data Error Checking 0-255 Modbus. Khi thiết bị Slave trong mạng Modbus nhận ñược Request Frame từ Modbus Master, thiết bị Slave cũng trả về Frame tương tự trong ñó bao gồm Data trả về tùy thuộc vào Function code Modbus Master gửi ñi. Ví dụ sau ñây về cách khai báo Frame truyền của Modbus Master: PLC ñọc 1 word từ thanh ghi 3021(thanh ghi lưu tốc ñộ của motor) từ biến tần có ñịa chỉ Slave là 3 thông qua mạng Modbus cần khai báo Frame truyền như sau: CANopen PLC (Modbus Master) Address 3 Function Code 03 First word 3021 Number of word to read 1 Inverter (Modbus slave) Address :3 3201: 1000rpm CRC Request Frame Address 3 Function Code 03 No of byte read 2 Value of word read 1000 CRC Respone Frame V. Thí nghiệm Thí nghiệm 1: Khảo sát cách ñấu nối dây cho các chuẩn truyền thông và cài ñặt các thông số truyền thông cho các thiết bị mạng. Chuẩn truyền RS485. Yêu cầu: • Sinh viên quan sát và vẽ lại cấu trúc mạng RS485 thực tế trong bài thí nghiệm. • Cài ñặt ñịa chỉ slave của Serial Distributed I/O là 2 trong mạng RS-485 như hình vẽ. • Cài ñạt tốc ñộ truyền Baudrate 19200 bit/s cho Serial Distributed I/O như hình vẽ. Hướng dẫn: • Sinh viên chỉ cần dùng tut vít dẹt xoay các nút ñể thay ñổi ñịa chỉ slave cũng như baudrate của Serial Distributed I/O. Chuẩn truyền CAN Yêu cầu: • Sinh viên quan sát và vẽ lại cấu trúc mạng CAN thực tế trong bài thí nghiệm. • Cài ñặt cho biến tần với tín hiệu vào tham chiếu ñiều khiển tốc ñộ thông qua mạng CAN. • Cài ñặt ñịa chỉ trong mạng CAN cho biến tần là: 4. • Cài ñặt tốc ñộ baudrate trong mạng CAN cho biến tần là:500Kbps. Hướng dẫn: TT Nội dung Bước 1 Cài ñặt cho biến tần với tín hiệu vào tham chiếu ñiều khiển tốc ñộ thông qua mạng CAN.(Mỗi lần chọn xong sinh viên bấm nút ENTER). - Sinh viên vào Menu CtL -> nhấn ENTER  Chọn LAC (Level Access) -> Chọn L3.  Chọn Fr1 (Frequency Reference): nEt Bước 2 Cài ñặt ñịa chỉ biến tần trong mạng CAN là 4. - Sinh viên vào menu CON- nhấn ENTER  AdC0 - > 4 Bước 3 Cài ñặt tốc ñộ baudrate cho biến tần trong mạng CAN - Sinh viên vào menu CON- nhấn ENTER  bdC0 - > 500 Chuẩn truyền Ethernet Yêu cầu: • Sinh viên quan sát và vẽ lại cấu trúc mạng Ethernet thực tế trong bài thí nghiệm. • Sinh viên kiểm tra ñịa chỉ IP của Remote I/O ñang là 192.168.1.22. • Sinh viên kiểm tra ñịa chỉ IP của PLC ñang là 192.168.1.12 Hướng dẫn: Bước 1 Khai báo ñịa chỉ IP cho máy tính là 192.168.1.10. Cắm dây mạng và dùng câu lệnh Ping ñể test ñịa chỉ IP của Ethernet Distributed I/O và PLC Twido. Thí nghiệm 2: Khảo sát giao thức Mobus RTU trên nền chuẩn truyền RS485. Yêu cầu: • Dùng phần mềm Twidosuite ñể lập trình cho PLC Twido giao tiếp với Serial Distributed I/O thông qua chuẩn truyền RS45 và giao thức Modbus RTU. Hướng dẫn: Twido PLC hỗ trợ giao tiếp với thiết bị khác thông qua giao thức modbus RTU trên chuẩn truyền RS485. Module ñể giao tiếp gắn trên PLC Twido ñó là Serial adapter TWDNAC485T. Thí nghiệm này sinh viên sẽ khai báo và viết chương trình cho PLC Twido nhằm mục ñích PLC Twido sẽ biết ñược trạng thái cảm biến gắn vào các ngõ vào Input của Remote I/O cũng như PLC Twido có thể dùng tín hiệu ñiều khiển ñể xuất ra ngõ ra Output của Remote I/O thông qua mạng RS485. TT Nội dung Bước 1 Dùng chuột nhấp vào module TWDNAC485T ở phía bên phải của màn hình rồi kéo ra ñặt vào vị trí của như hình dưới. Bước 2 Khai báo vai trò của Twido PLC là master trong mạng Modbus bằng cách nhấp chuột phải vào Card TWDNAC485T và khai báo như hình phía dưới. [...]... báo như trên Bư c 2 Vi t chương trình gi ng như ñã vi t thí nghi m 2 ch có ñi u thay ñ i l i ñ a ch slave bây gi là 1 và l nh EXCH2 bây gi thay b ng EXCH3 CANOpen cable (4) Thí ghi m 4: Kh o sát giao th c truy n thông CANopen qua d ch v PDO Thí nghi m 4 giúp sinh viên c u hình và vi t chương trình ñ PLC ñi u khi n bi n t n qua m ng CANopen Trong thí nghi m này chúng ta s dùng 2 phương pháp cơ b n ñó... 3 dùng ph n m m Twidosuite ñ l p trình cho PLC Twido ñ c d li u t Ethernet Distributed I/O b ng l nh EXCH3 ð i v i PLC Twido s d ng trong bài thí nghi m này ñã tích h p s n Ethernet do ñó không c n ph i khai báo thêm module Ethernet Cách khai báo Modbus Frame như thí nghi m 2 S khác bi t ch Ethernet bây gi ñư c ánh x qua ñ a ch c a m ng RS485 Master Address 192.168.1.12 Modbus TCP Ethernet I/O Slave... xem thêm ph l c) ñây là dùng hàm MSG2 dùng ñ qu n lý truy n thông( Thí ghi m 3: Kh o sát giao th c Mobus TCP trên n n chu n truy n Ethernet Yêu c u: • Dùng ph n m m Twidosuite ñ l p trình cho PLC Twido giao ti p v i Ethernet Distributed I/O thông qua chu n truy n Ethernet và giao th c Modbus TCP Hư ng d n: Tương t như thí nghi m 2, thí nghi m 3 dùng ph n m m Twidosuite ñ l p trình cho PLC Twido ñ c... Communication Variable Lưu ý Sinh viên không nên xóa ño n chương trình ñã vi t cho d ch v PDO mà v n gi nguyên và vi t ti p ño n chương trình trong thí nghi m này cho d ch v SDO Trong ph n thí nghi m này sinh viên vi t chương trình dùng ñ : N i dung Index Sub Index ð c công su t tiêu th c a Motor (1%) 2002 C ð c v Moment c a Motor (1%) 2002 6 Ghi ra thanh ghi ACC tăng gi m th i gian tăng t c c a Motor (0.1s)... như ch y theo chi u thu n, chi u ngư c, d ng …vv Sinh viên có th thay ñ i t c ñ c a bi n t n b ng cách thay ñ i giá tr c a thanh ghi %QWC1.0.1 (Target_Slave_0) ðo n chương trình dư i ñây là m t ví d : Thí ghi m 5: Kh o sát giao th c truy n thông CANopen qua giao d ch v SDO Yêu c u: Kh o sát truy n thông gi a PLC Twido và bi n t n Altivar 312 dùng SDO service Hư ng d n: Trong phương pháp này, vi c trao... Sinh viên nên tham kh o thêm cách dùng câu l nh CAN_CMD và thanh ghi qu n lý truy n thông CAN %SW81 Sinh viên vi t chương trình dùng ñ ñ c Moment c a Motor: Bư c 6 Sinh viên vi t chương trình dùng ñ ñ c công su t tiêu th c a Motor: Bư c 7 Sinh viên vi t chương trình ghi ra giá tr t i word %MW50 nh m thay ñ i giá tr c a th i gian tăng t c (ACC time) Bư c 8 Sinh viên vi t chương trình ghi ra giá tr t i . dụng mạng công nghiệp là yêu cầu tất yếu ñối với các sinh viên nghành tự ñộng hóa. Bài thí nghiệm này ñược thực hiện với những mục ñích sau:  Sinh viên nắm rõ các chuẩn truyền thông công nghiệp. thức truyền thông phổ biến trong công nghiệp như: Modbus RTU, Modbus TCP, CANopen.  Sinh viên biết cách thực hành mạng công nghiệp trên những thiết bị chuẩn công nghiệp trong thực tế như: PLC,. tự như thí nghiệm 2, thí nghiệm 3 dùng phần mềm Twidosuite ñể lập trình cho PLC Twido ñọc dữ liệu từ Ethernet Distributed I/O bằng lệnh EXCH3. ðối với PLC Twido sử dụng trong bài thí nghiệm