Mạng truyền thông Profibus DP

CHƯƠNG 1: MẠNG TRUYỀN THÔNG TRONG CÔNG NGHIỆPTổng quan về mạng truyền thông công nghiệp:SIMATIC NET là mạng truyền thông cho phép kết nối với các bộ điều khiển củaSIEMENS, các máy tính c

CHƯƠNG 1: MẠNG TRUYỀN THÔNG TRONG CÔNG NGHIỆPTổng quan về mạng truyền thông công nghiệp:

SIMATIC NET là mạng truyền thông cho phép kết nối với các bộ điều khiển củaSIEMENS, các máy tính chủ, các trạm làm việc SIMATIC NET bao gồm các mạngtruyền thông, các thiết bị truyền dữ liệu, các phương pháp truyền thông dữ liệu, các giaothức và dịch vụ truyền dữ liệu giữa các thiết bị, các module cho phép kết nối mạng LAN(CP – Communication Processor hoặc IM – Interface Module)

Với hệ thống SIMATIC NET, SIEMENS cung cấp hệ thống truyền thông mở cho nhiềucấp khác nhau của các quá trình tự động hoá trong môi trường công nghiệp Hệ truyềnthông SIMATIC NET dựa trên nhiều tiêu chuẩn quốc tế ISO/OSI (InternationalStandardization Organisation / Open System Interconnection) Cơ sở của các hệ thốngtruyền thông này là các mạng cục bộ (LANs), có thể thực hiện theo nhiều cách khác nhau:điện học, quang học, không dây hoặc kết hợp cả ba cách trên

Theo các yêu cầu về chức năng các lớp trong tổ chức điều hành, quản lý sản xuất thì mạngcông nghiệp được chia thành nhiều cấp bao gồm: cấp điều hành quản lý, cấp phân xưởng,cấp trường và cấp cơ cấu chấp hành – cảm biến - đối tượng Theo phương pháp tổ chức hệthống như trên SIMATIC cung cấp các loại sub-net như:

PPI có những tính chất đặc trưng sau đây:

- Ghép nối giữa hai thiết bị truyền thông một cách trực tiếp hay thông qua driver đặc biệt

- Có thể sử dụng các thủ tục riêng được định nghĩa truyền kiểu ASCII

Thông số kỹ thuật của PPI

Số lượng trạm 2

Cổng vật lý RS 232C (V24)20mA (TTY)RS 422/485

Tốc độ truyền 300 bit/s ¸ 76,8 Kbit/s cho cổng RS 232C ;300 bit/s ¸ 19,2 Kbit/s cho cổng

RS 422/485

Khoảng cách truyền 10 m cho cổng RS 232 ; 1000 m cho cổng RS422/485

Dịch vụ truyền thông ASCII-Driver3964 (R), RK 512, Printdriver và các loại Driver đặcbiệt khác

 Mạng MPI

MPI (Multi Point Interface) là một subnet của SIMATIC Mạng MPI được sử dụng chocấp trường hay cấp phân xưởng với yêu cầu về khoảng cách giữa các trạm không lớn.Mạng chỉ cho phép liên kết với một số thiết bị của SIMATIC như S7/M7 và C7 Thiết lậpmạng MPI phục vụ cho mục đích ghép nối một số lượng hạn chế các trạm (không quá 32trạm) và dung lượng truyền thông nhỏ với tốc độ truyền tối đa là 187,5 Kbps Phươngpháp thâm nhập đường dẫn được chọn cho mạng MPI là Token Passing

Mạng MPI có những đặc điểm cơ bản sau: - Các thiết bị trong mạng thuộc SIMATIC

S7/M7 và C7 vì vậy cho phép thiết lập mạng đơn giản

- Mạng được thiết lập với số lượng hạn chế các thành viên và chỉ có khả năng trao đổi mộtdung lượng thông tin nhỏ

- Truyền thông thông qua bảng dữ liệu toàn cục gọi tắt là GD (Global Data) Bằng phươngpháp này cho phép thiết lập bảng truyền thông giữa các trạm trong mạng trước khi thựchiện truyền thông.

- Có khả năng liên kết nhiều CPU và PG/OP với nhau

Các thông số kỹ thuật của mạng MPI:

Chuẩn SIEMENS

Số trạm cho phép Max 32

Phương pháp thâm nhập đường dẫn Token Passing

Tốc độ truyền thông Max 187,5 Kbit/s

Môi trường truyền dẫn Đôi dây kép có bọc kim chống nhiễu, cáp quang (thuỷ tinh hoặcchất dẻo)

Chiều dài lớn nhất của mạng 50 m, với Repeater 1100 m,với cáp quang qua OLM>100km

Cấu trúc mạng (Topology) Đường thẳng, cây, hình sao và vòng tròn

Dịch vụ truyền thông Các hàm chức năng của S7Bảng dữ liệu truyền thông toàn cục (GD)

 Mạng AS-i

AS-i (Actuator Sensor Interface) giao diện cảm biến cơ cấu chấp hành, mạng chỉ có một chủduy nhất Phương pháp thâm nhập đường dẫn là phương pháp Master – Slave, một phươngpháp hoàn toàn tối ưu cho những mạng chỉ có duy nhất một thiết bị là chủ AS-i sẽ có cấu trúcthật là đơn giản nếu như các cơ cấu chấp hành và các cảm biến đều là các thiết bị kiểu số(Digital Input/Digital Output – DI/DO), khi thiết bị kiểu analog phải sử dụng các bộ chuyểnđổi tín hiệu chuẩn của SIEMENS Trong mạng chỉ có trạm chủ có quyền điều khiển quá trìnhtrao đổi thông tin Trạm chủ (Master) gọi tuần tự từng trạm tớ (Slave) tới một và đòi hỏi cáctrạm này gửi dữ liệu lên trên trạm chủ hoặc nhận dữ liệu từ trạm chủ

Những tính chất đặc trưng của AS-i:

- AS-i là mạng tối ưu cho các thiết bị chấp hành và cảm biến số Quá trình trao đổi dữ liệuđược thực hiện thông qua đường dẫn từ cơ cấu chấp hành/cảm biến với trạm chủ, đường dẫnnày đồng thời là đường cung cấp nguồn cho các cảm biến

- AS-i có thể ghép nối với các cơ cấu chấp hành có kích thước 1 bit đến 8 bit theo tiêu chuẩn

IP 65 và liên kết trực tiếp với quá trình

- Hoạt động của AS-i không cần thiết lập cấu hình trước

Các thông số kỹ thuật của AS-i:

Chuẩn : AS-i theo chuẩn IEC TG 178

Số lượng trạm cho phép: 1 Master và max 31 Slave

Phương pháp thâm nhập đường dẫn : Master – Slave

Tốc độ truyền: 167 Kbit/s

Môi trường truyền thông: Dây dẫn thẳng không bọc

Khoảng cách giữa các thiết bị trong mạng : 300 m với Repeater

Kiểu nối : Đường thẳng, cây, sao

Dịch vụ truyền thông : AS-i Function

 Mạng PROFIBUS

PROFIBUS - Process Field Bus Đây là một chuẩn truyền thông được SIEMENS phát triển

từ năm 1987 trong DIN 19245 PROFIBUS được thiết lập theo phương pháp hệ truyền thông

mở, không phụ thuộc vào nhà chế tạo (Open Communication Network) phục vụ cho các cấpphân xưởng và cấp trường Mạng PROFIBUS tuân theo chuẩn EN 50170 cho phép kết nối các

bộ điều khiển PLC, các thiết bị vào/ra phân tán, các bộ lập trình PC/PG, các cơ cấu chấphành, các thiết bị hãng khác

Mạng PROFIBUS được cung cấp theo ba chủng loại tương thích nhau:

PROFIBUS – DP (Distributed Peripheral) phục vụ cho việc trao đổi thông tin nhỏ nhưng

đòi hỏi tốc độ truyền nhanh PROFIBUS – DP được xây dựng tối ưu cho việc kết nối các thiết

bị trường với máy tính điều khiển PROFIBUS – DP phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu cao vềtính năng thời gian trong trao đổi dữ liệu, giữa cấp điều khiển cũng như các bộ PLC hoặc cácmáy tính công nghiệp với các ngoại vi phân tán ở cấp trường như các thiết bị đo, truyền động

và van Việc trao đổi chủ yếu được thực hiện tuần hoàn theo cơ chế Master/Slave Với số trạmtối đa trong một mạng là 126, PROFIBUS – DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ(Mono Master) hoặc nhiều trạm chủ (Multi Master) Một đặc trưng nữa của PROFIBUS – DP

là tốc độ truyền cao, có thể lên tới 12 Mbit/s

PROFIBUS – FMS (Fieldbus Message Specification) trao đổi lượng thông tin trung bình

giữa các thành viên bình đẳng với nhau trong mạng

PROFIBUS – FMS được dùng chủ yếu cho việc nối mạng các máy tính điều khiển và giámsát Mạng này chỉ thực hiện ở các lớp 1, 2, 7 theo mô hình quy chiếu OSI Do đặc điểm củacác ứng dụng trên cấp điều khiển và điều khiển giám sát, dữ liệu chủ yếu được trao đổi vớitính chất không định kỳ

PROFIBUS – PA (Process Automation) được thiết kế riêng cho những khu vực nguy hiểm.

PROFIBUS – PA là sự mở rộng của PROFIBUS – DP về phương pháp truyền dẫn an toàntrong môi trường dễ cháy nổ theo chuẩn IEC 61158-2 PROFIBUS – PA là loại bus trườngthích hợp cho các hệ thống điều khiển phân tán trong các ngành công nghiệp hoá chất và hoádầu Thiết bị chuyển đổi (DP/PA-Link) được sử dụng để tích hợp đường mạng PA với mạngPROFIBUS DP Điều này đảm bảo cho toàn bộ thông tin có thể được truyền liên tục trên hệthống mạng PROFIBUS bao gồm cả DP và PA

 Mạng Ethernet công nghiệp

IE (Industrial Ethernet) mạng Ethernet công nghiệp là mạng phục vụ cho cấp quản lý và cấpphân xưởng để thực hiện truyền thông giữa máy tính và các hệ thống tự động hoá Nó phục vụcho việc trao đổi một lượng thông tin lớn, truyền thông trên một phạm vi rộng Các bộ xử lýtruyền thông dùng trong mạng luôn kiểm tra xem đường dẫn có bị chiếm dụng không Nếukhông thì một trạm nào đó trong mạng có thể gửi điện tín đi, khi xảy ra xung đột trên mạng vì

có hai trạm gửi thì ngừng ngay lại và quá trình gửi điện tín được thực hiện lại sau một thờigian nhất định, thời gian này được xác định theo luật toán học ngẫu nhiên

Mạng Ethernet công nghiệp có những tính chất đặc trưng sau:

- Mạng Ethernet công nghiệp sử dụng thủ tục truyền thông ISO và TCP/IP (TransmissionControl Protocol / Internet Protocol)

- Theo phương pháp thâm nhập đường dẫn đã chọn (CSMA/CD – Carrier Sense MultipleAccess with Collision Detecion) thì các thành viên trong mạng Ethernet công nghiệp đều bìnhđẳng với nhau

- Theo tiêu chuẩn truyền thông ISO và ISO on TCP thì các trạm không phải của SIEMENScũng có khả năng tích hợp vào mạng, nói một cách khác Ethernet công nghiệp là mạng truyềnthông mở

Các thông số của mạng Ethernet công nghiệp:

Chuẩn truyền thông : IEEE 802.3

+ Cáp đôi dây xoắn

- Cáp quang : Cáp thuỷ tinh hoặc chất dẻo

Kiểu nối : Đường thẳng, cây, hình sao và vòng tròn

Dịch vụ truyền thông : S7-FunctionISO-TransportISO-on-TCP

 Sau đây sẽ là các bước trình bày cách cấu hình và viết chương trình truyền nhận dữ liệu

thông qua Profibus DP.

- Kết nối profibus dp giữa S7 300 và S7 200 thông qua module EM 277

- Kết nối profibus dp giữa S7 400 và ET 200M là module mở rộng port

- Kết nối profibus dp giữa Master S7 400 và Slave S7 300

I COMMUNICATION BETWEEN S7 300 AND EM 277

1 Configuration Simatic Manager

a To open Simatic Manager, select File > “New” project, Insert Name is following box.Then click OK

b Right Click on “S7 300 Connect Em277” at the above left corner of Simatic Manager.Please insert the following picture :

c Click Hardware to open “HW Config” :

 At the right side of “HW config” click SIMATIC 300 > RACK-300 to insert Rail :

 Please insert PS 307 10A (Power Supply) At CPU 314C – 2DP and choosing serial

of CPU 314C – 2DP exactly Seeing the following picture :

 The box “ Properties – PROFIBUS interface DP (R0/S2.1) ” show to chooseprofibus networked Please click “ New ”:

 At Tab “ Network Setting ” to select the paramater as the above pictrure Then click

“OK”

Notice: The DI/DO address of CPU 314 is important to program PLC input and PLC

output exactly

 At tab Address of box “ Properties – DI24/DO16 (R0/S2.2) ” please insert Address

input and ouput with “ Start – End ” Then Click Ok In the sample “Input start : 0; Input start : 2” are correlative “I0.0 – I2.7” “Output start : 0 ; Output end : 1” are correlative “Q0.0 – Q1.7”

 To connect S7 200 through EM 277 Module profibus DP, Click line “PROFIBUS

(1) DP master system (1)” then select EM 277 PROFIBUS – DP at The tree folder PROFIBUS DP

Notice: if your HW Config don’t have EM 277 Profibus device in library Please

search GSD file for EM 277 at Website http://support.automations.siemens.com

Note: Address of EM 277 must be selected as following:

- Turn Off power supply’s EM 277

- Select : “ x10 ” address at zero “ x1 ” address at

4 Then address of EM 277 is four (4)

- Turn On power supply’s EM 277

 Then click EM277 on line profibus and select “ 2Byte Out / 2 Byte in ” to define

data type transfer

- Input memory master is “I Memory” to receive data from One defined Slave

- Onput memory master is “O Memory” to send data from Master to the definedSlaves

Example: signal 2byte in of master is IB3/IB4 and signal 2 byte out of master is

QB2/QB3

 Specify “ I/O Offset in the V – Memory ” The default is zero (0).

 To finish click button “ Save and complile ” Then download Hardware to PLC

2 Writing program PLC

a PLC S7 300:

 Send signal from S7 300 to S7 200 through Module EM 277

 Receive signal from S7 200 to S7 300 through Module EM277

Please open HW Config to specify address of S7 300, EM277 exactly

b PLC S7 200:

 Receive signal forum s7 300 transfer to S7 200 through EM277 Module

 Send signal from S7 200 to S7 300 through EM 277 Module

Notice: Input and output address of S7 300 and S7 200 belong in “HW Config”

Please watch the following picture to see clearly

II COMMUNICATION BETWEEN S7 400 AND ET 200M

1 Configuration Simatic Manager.

a To open Simatic Manager, select File > “New” project, Insert Name is followingbox Then click OK

b Right Click on “S7 400 Connect ET 200M” at the above left corner of SimaticManager Please insert the following picture :

c Click Hardware to open “HW Config” :

 At the right side of “HW config” click SIMATIC 400 > RACK-400 to insert UR1 :

 Please insert PS 307 10A (Power Supply) At CPU 414C – 2DP and select serialversion of CPU 414C – 2DP exactly Seeing the following picture :

 The box “ Properties – PROFIBUS interface DP (R0/S2.1) ” show to chooseprofibus networked Please click “ New ” :

 At Tab “ Network Setting ” to select the paramater as the above pictrure Then click

“OK”

 To connect ET 200M Module profibus DP, Click line “PROFIBUS (1) DP master

system (1)” then select ET 200M PROFIBUS – DP at The tree folder PROFIBUS DP

Note: Address of ET 200M must be selected as following:

- Turn Off power supply’s ET 200M

- Select switch address on ET 200M

- Turn On power supply’s ET 200M

 Please insert DI module of ET 200M, at slot 4 to insert DI serial hardware exactly.

 Please insert DO module of ET 200M, at slot 5 to insert DO serial hardware exactly.

 At I Address and Q Address you can modify your hardware address properly

 To finish click button “ Save and complile ” Then download Hardware to PLC.

2 Writing program PLC

PLC S7 400:

 Send signal from S7 400 to ET 200M to expand port control

III COMMUNICATION BETWEEN S7 400 MASTER AND S7 300 SLAVE

1 Configuration Simatic Manager.

a To open Simatic Manager, select File > “New” project, Insert Name is following box.Then click OK

b Right Click on “S7400 Master S7300 Slave” at the above left corner of SimaticManager Please insert the following picture :

c Click Hardware to open “HW Config” :

 At the right side of “HW config” click SIMATIC 400 > RACK-400 to insert UR1 :

 Please insert PS 307 10A (Power Supply) At CPU 414C – 2DP and select serialversion of CPU 414C – 2DP exactly Seeing the following picture :

 The box “ Properties – PROFIBUS interface DP (R0/S2.1) ” show then choosingprofibus networked Please click “ New ”:

 At Tab “ Network Setting ” to select the paramater as the above pictrure Then click

“OK”

 To connect S7 300 Slave, Click line “PROFIBUS (1) DP master system (1)” then

select CPU 31x at The tree folder PROFIBUS DP

 Open Simatic Manager to add the station 300 of S7 300 Slave to connect PLC S7

400 Master

 Please config hardware to S7 300 the following picture:

 To config S7 300 is slave, you click into DP of Rail S7 300 On tab Operation Mode

to select DP slave Click Ok to save

 Open HW config of S7 400 Master to connect Slave S7 300 You must enter into S7

300 Slave On tab Connection of DP slave Properties you select CPU 314C – 2DP

station already configured then click “connect”.

 To transfer data between Master and Slave, you must add new connection inside tab

Configuration of DP slave properties.

 Insert all connections between Master and Slave as the following picture:

Notice: please Save and Complile HW Config Simatic 400 Master and HW Config Simatic

300 Slave Then download HW Config Simatic 400 to PLC S7 400, HW Config Simatic 300 to PLC S7 300

2 Writing program PLC

a Transfer 1 byte from Master to Slave

 Send 1byte signal from S7 400 Master to S7 300 Slave

Program S7 400 in OB1

 Receive 1byte is transferd from S7 400 Master to S7 300 Slave

Program S7 300 in OB1