Báo cáo mạng truyền thông sử dụng giải pháp ormon

II.Mạng PLC Omron trong công nghiệp: Tuỳ theo yêu cầu công nghệ mà mạng PLC Omron trong công nghiệp có các cấp khác nhau nhưng thường được chia làm 3 cấp cơ bản sau: 1.Cấp quản lý thông

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

LỚP TĐ05

BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC

MỤC LỤC

A Giới thiệu về hãng Omron

B Tìm hiểu mạng PLC Omron trong cơng nghiệp

I Vai trò ứng dụng mạng PLC trong công nghiệp

II Mạng PLC Omron trong công nghiệp

III Giới thiệu về Modbus và Ethernet

1 Kết nối PLC MASTER với PC

2 Kết nối PLC MASTER với các PLC SLAVER

3 Trạm tớ 1

4 Trạm tớ 2,3,4,5

F Lập trình và giám sát hệ thống

NỘI DUNG BÁO CÁO

A.GIỚI THIỆU VỀ HÃNG OMRON:

OMRON được thành lập tại Nhật bản năm 1933, hiện tại có trên 25000 nhân viên và doanh số bán hàng trên 5 tỷ USD mỗi năm OMRON được coi là một trong những hãng điện tử hàng đầu thế giới về công nghệ tự động hoá Các thiết bị tự động của OMRON có chất lượng cao, được sản xuất với công nghệ mới nhất và rất đa dạng:

từ công tắc đơn giản, rơ le các loại, bộ định giờ, bộ đếm, cảm biến, kiểm soát nhiệt

độ, cho tới các thiết bị điều khiển chương trình hiện đại Tất cả có gần 20.000 mặt

hàng khác nhau, liên tục được cải tiến

Ðầu năm 1996, Công ty Omron Electronics Pte.Ltd đã mở văn phòng đại diện tại Hà nội và sau đó tại thành phố Hồ Chí Minh Hiện tại Omron đã có mạng lưới bán hàng gồm nhà phân phối và các đại lý

Ngoài bán hàng, Omron và hệ thống phân phối cũng cung cấp các dịch vụ khác như tư vấn, thiết kế hệ thống, lắp đặt, hướng dẫn sử dụng, bảo trì, sửa chữa, tổ chức các khoá đào tạo về thiết bị tự động cho khách hang

B TÌM HIỂU MẠNG PLC OMRON TRONG CÔNG NGHIỆP:

I.Vai trò ứng dụng mạng PLC trong công nghiệp:

§ PLC đóng vai trò trung tâm trong điều khiển, dễ dàng lập trình, ứng dụng trong phạm vi rộng, giá thành thấp và dễ dàng trong bảo trì sửa chữa, độ chính xác cao trong môi trường công nghiệp

§ Theo dõi được tình hình cụ thể quá trình sản xuất mà người vận hành không cần trực tiếp trong khu vực sản xuất

§ Mạng PLC thu nhận dữ liệu trên tất cả các dây chuyền sản xuất mà không làm chậm lại quá trình sản xuất, rồi phân tích quá trình sản xuất, chẩn đoán, giám sát sự cố và độ tin cậy trong hoạt động của các thiết bị, quản lý nguyên liệu và lưu vào hệ thống

§ Chi phí thời gian cho việc ngừng quá trình sản xuất để phát hiện và sửa chữa sự cố thì cao hơn chi phí cho sự lắp đặt những hệ thống cảnh báo, theo dõi, giám sát mà mạng PLC có thể đáp ứng

II.Mạng PLC Omron trong công nghiệp:

Tuỳ theo yêu cầu công nghệ mà mạng PLC Omron trong công nghiệp có các cấp khác nhau nhưng thường được chia làm 3 cấp cơ bản sau:

1.Cấp quản lý thông tin,dữ liệu:

Ở cấp này sẽ lưu trữ các giá trị, thông số của quá trình sản xuất cũng như tối ưu hóa và phân tích các chứa năng để xử lý, xuất các kết quả thành

báo cáo, in ấn và truyền tải thông tin Ví dụ cấp này như mạng Ethernet

2.Cấp điều khiển, giám sát:

Ở cấp này, các chứa năng tự động hóa và tối ưu hóa được xử lý tự động Thông tin sẽ được trao đổi với nhau phục vụ cho hoạt động, tạo thành một khối thống nhất.Tiêu biểu cho cấp này là mạng Controller linhk và Profibus… 3.Cấp thực thi:

Là cấp kết nối giữa các máy móc và các PLC, các thiết bị trường

đo lường, sensors,tay máy, biến tần…Thực hiện ở cấp này có mạng DeviceNet, Compobus/S…

(Mô hình một mạng công nghiệp)

III GIỚI THIỆU VỀ MODBUS, ETHERNET VA AS-I

1 MODBUS:

MODBUS là một protocol phổ biến bậc nhất được sử dụng hiện nay cho nhiều mục đích MODBUS đơn giản, rẻ, phổ biến và dễ sử dụng Được phát minh từ thế kỉ trước (gần 30 năm trước), các nhà cung cấp thiết bị

đo và thiết bị tự động hóa trong công nghiệp tiếp tục hỗ trợ MODBUS trong các sản phẩm thế hệ mới Mặc dù các bộ phân tích, lưu lượng kế, hay PLC đời mới có giao diện kết nối không dây, Ethernet hay fieldbus, MODBUS vẫn là protocol mà các nhà cung cấp lựa chọn cho các thiết bị thế hệ cũ và mới

Một ưu điểm khác của MODBUS là nó có thể chạy hầu như trên tất cả các phương tiện truyền thông, trong đó có cổng kết nối dây xoắn, không dây, sợi quang, Ethernet, modem điện thoại, điện thoại di động và vi sóng Có nghĩa là, kết nối MODBUS có thể được thiết lập trong nhà máy thế hệ mới hay hiện tại khá dễ dàng Thực ra, nâng cao ứng dụng cho MODBUS là cung cấp truyền thông số trong nhà máy đời cũ, sử dụng kết nối dây xoắn hiện nay

MODBUS là một hệ thống “chủ - tớ”, “chủ” được kết nối với một hay nhiều

“tớ” “Chủ” thường là một PLC, PC, DCS, hay RTU “Tớ” MODBUS RTU

thường là các thiết bị hiện trường, tất cả được kết nối với mạng trong cấu hình multi-drop (hình1) Khi một chủ MODBUS RTU muốn có thông tin từ thiết bị, chủ sẽ gửi một thông điệp về dữ liệu cần, tóm tắt dò lỗi tới địa chỉ thiết bị Mọi thiết bị khác trên mạng sẽ nhận thông điệp này nhưng chỉ có thiết bị nào được chỉ định mới có phản ứng

Hình 1: Một mạng MODBUS RTU có một chủ, như PLC, PC, DCS và 247 thiết bị tớ được kết nối trong cấu hình multi-drop

Các thiết bị trên mạng MODBUS không thể tạo ra kết nối; chúng chỉ có thể phản ứng Nói cách khác, chúng “lên tiếng” chỉ khi được “nói tới” Một số nhà sản xuất đang phát triển các thiết bị lai ghép hoạt động như các tớ

MODBUS, tuy nhiên chúng cũng có “khả năng viết”, do đó làm cho chúng trở thành các thiết bị chủ ảo

Ba phiên bản MODBUS phổ biến nhất được sử dụng ngày nay là:

Tuy nhiên, MODBUS ASC II chậm nhất trong số 3 loại protocol, nhưng lại thích hợp khi modem điện thoại hay kết nối sử dụng sóng radio do ASC II sử dụng các tính năng phân định thông điệp Do tính năng phân định này, mọi rắc rối trong phương tiện truyền dẫn sẽ không làm thiết bị nhận dịch sai thông tin Điều này quan trọng khi đề cập đến các modem chậm, điện thoại

di động, kết nối ồn hay các phương tiện truyền thông khó tính khác

Đối với MODBUS RTU, dữ liệu được mã hóa theo hệ nhị phân, và chỉ cần một byte truyền thông cho một byte dữ liệu Đây là thiết bị lí tưởng đối với

RS 232 hay mạng RS485 đa điểm, tốc độ từ 1200 đến 115 baud Tốc độ phổ biến nhất là 9600 đến 19200 baud MODBUS RTU là protocol công nghiệp được sử dụng rộng rãi nhất, do đó hầu như trong bài viết này chỉ tập trung

đề cập đến cơ sở và ứng dụng của nó

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 Với MODBUS/TCP, dữ liệu MODBUS được tóm lược đơn giản trong một gói TCP/IP Do đó, bất cứ mạng Ethernet hỗ trợ MODBUS/ IP sẽ ngay lập tức hỗ trợ MODBUS/TCP Phiên bản MODBUS này sẽ được đề cập chi tiết trong bài viết lần sau với tiêu đề “MODBUS qua Ethernet”

Nguyên tắc hoạt động của MODBUS RTU

Để kết nối với thiết bị tớ, chủ sẽ gửi một thông điệp có:

- Địa chỉ thiết bị

- Mã chức năng

- Dữ liệu

- Kiểm tra lỗi

Địa chỉ thiết bị là một con số từ 0 đến 247 Thông điệp được gửi tới địa chỉ 0 (truyền thông điệp) có thể dược tất cả các tớ chấp nhận, nhưng các con số

từ 1-247 là các địa chỉ của các thiết bị cụ thể Với ngoại lệ của việc truyền thông điệp, một thiết bị tớ luôn phản ứng với một thông điệp MODBUS do

đó chủ sẽ biết rằng thông điệp đã được nhận

thuộc vào thiết bị Hình 1: Các mã chức năng

Mã chức năng xác định yêu cầu thiết bị tớ thực hiện hoạt động như đọc dữ liệu, chấp nhận dữ liệu, thông báo trạng thái vv.(hình 2)

Mã chức năng là từ 1 — 255 Một số mã chức năng còn có các mã chức

năng phụ

Dữ liệu xác định địa chỉ trong bộ nhớ thiết bị hay chứa các giá trị dữ liệu được viết trong bộ nhớ thiết bị, hay chứa các thông tin cần thiết khác mang chức năng như yêu cầu

Kiểm tra lỗi là một giá trị bằng số 16 bit biểu diễn kiểm tra dự phòng tuần hoàn (CRC) CRC được thiết bị chủ tạo ra và thiết bị tiếp nhận kiểm tra Nếu giá trị CRC không thỏa mãn, thiết bị đòi hỏi truyền lại thông điệp này

Khi thiết bị tớ thực hiện các chức năng theo yêu cầu, nó sẽ gửi thông điệp cho chủ Thông điệp chứa địa chỉ của tớ và mã chức năng, dữ liệu theo yêu cầu, và một giá trị kiểm tra lỗi

Bản đồ bộ nhớ MOSBOUS

Mỗi thiết bị MODBUS có bộ nhớ chứa dữ liệu quá trình Thông số kỹ thuật của MODBUS chỉ ra cách dữ liệu được gọi ra như thế nào, loại dữ liệu nào có thể được gọi ra Tuy nhiên, không đặt ra giới hạn về cách thức và vị trí mà nhà cung cấp đặt dữ liệu trong bộ nhớ Dưới đây là ví dụ về cách thức mà nhà cung cấp đặt các loại dữ liệu biến thiên quá trình hợp lí

Các đầu vào và cuộn cảm rời rạc có giá trị 1 bit, mỗi một thiết bị lại có một địa chỉ cụ thể Các đầu vào analog (bộ ghi đầu vào) được lưu trong bộ ghi

16 bit Bằng cách sử dụng 2 bộ ghi này, MODBUS có thể hỗ trợ format điểm floating (nổi) IEEE 32 bit Bộ ghi Holding cũng sử dụng các bộ ghi bên trong

16 bit hỗ trợ điểm floating

Địa chỉ Loại Tên

Hình 2: Hướng dẫn xử dụng của hầu hết các thiết bị tương thích MODBUS như bộ truyền nhiệt TMZ của Moore Industries, công bố địa chỉ của các chỉ

số biến thiên quan trọng trong bộ nhớ MODBUS Địa chỉ TMZ tuân theo các thông số kỹ thuật của MODBUS

Dữ liệu trong bộ nhớ được xác định trong thông số kỹ thuật MODBUS Giả

sử rằng nhà cung cấp tuân theo tiêu chuẩn kỹ thuật MODBUS (không phải tất cả), mọi dữ liệu có thể được truy cập dễ dàng bởi chủ, thiết bị tuân theo các thông số kỹ thuật trong nhiều trường hợp, nhà cung cấp thiết bị công

bố vị trí của bộ nhớ, tao điều kiện cho nhân viên lập trình dễ dàng để kết nối với thiết bị tớ

Đọc và viết dữ liệu

MODBUS có tới 255 mã chức năng, nhưng 1 (cuộn cảm đọc), 2 (đầu vào rời rạc đọc), 3 (bộ ghi Holding đọc), và 4 (bộ ghi đầu vào đọc) là các chức năng đọc được sử dụng phổ biến nhất để thu thập dữ liệu từ các thiết bị tớ Thí

dụ, để đọc 3 từ 16 bit dữ liệu analog từ bản đồ bộ nhớ của thiết bị 5, chủ sẽ gửi một yêu cầu như sau:

5 04 2 3 CRC

Trong đó, 5 là địa chỉ thiết bị, 4 đọc bộ ghi đầu vào, 2 là địa chỉ khởi đầu (địa chỉ 30,002) 3 có nghĩa là để đọc 3 giá trị dữ liệu kề nhau xuất phát từ đại chỉ 30,002, và CRC là giá trị kiểm tra lỗi thông điệp này Thiết bị tớ,

ngoài việc nhận dữ liệu này, sẽ gửi lại một trả lời như sau:

5 04 aa bb cc CRC

Tại vị trí 5 là địa chỉ của thiết bị, 04 là yêu cầu đọc lặp, aa, bb, cc là 3 giá trị

16 bit, CRC là giá trị kiểm tra lỗi thông điệp

2 ETHERNET:

Mong muốn và nhu cầu được kết nối vẫn tiếp tục tăng và trở nên phức tạp khi những

kỹ sư ngành điều khiển và tự động hóa ngày càng tham gia nhiều hơn và việc nối mạng tại mọi cấp độ Đặc biệt, Ethernet và Ethernet công nghiệp đang từng bước tìm cách chiếm lĩnh nhà xưởng và có mặt trong các sản phẩm OEM với tần số ngày càng tăng khi các công nghệ liên quan phát triển và được cải tiến Ethernet có tiềm năng đơn giản hóa trong cùng một tầng vật lý (dây dẫn và đầu nối) thậm chí ngay cả khi nhiều giao thức Ethernet đã xuất hiện để phục vụ cho các nhu cầu công nghiệp đa dạng, đôi khi ở trong cùng một mạng

3.AS-I :

AS-i (Actuator Sensor Interface) là kết quả phát triển hợp tác của 11 hãng sản xuất các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành có tên tuổi trong công nghiệp, trong đó có Siemens AG, Festor KG, Pepperl & Fuchs AS-i dùng để kết nối các thiết bị cảm biến, cơ cấu chấp hành với cấp điều khiển Thế mạnh của AS-i là sự đơn giản trong thiết kế, lắp đặt và bảo dưỡng cũng như gia thành thấp, nhờ một phương pháp truyền thông đặc biệt cũng như một kỹ thuật điện cơ mới

Kiến trúc giao thức AS-i

Kiến trúc giao thức AS-i phản ánh đặc điểm của các hoạt động giao tiếp giữa một bộ điều khiển với các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành số là hạn chế ở việc trao đổi dữ liệu thuần tuý và lượng trao đổi dữ liệu là rất nhỏ Để nâng cao hiệu xuất và đơn giản hoá việc thực hiện các vi mạch, toàn bộ việc xử lí giao thức gói gọn trong lớp 1 theo mô hình OSI

Trong phạm vi lớp vật lí, AS-i đưa ra một phương pháp mã hoá bit hoàn toàn mới để thích hợp với đường truyền hai dây đồng tải nguồn và không dựa vào chuẩn truyền dẫn RS-485 thông dụng Chức năng điều khiển truy nhập bus và bảo toàn dữ liệu cũng được thực hiện ở lớp 1 AS-i chỉ sử dụng phương pháp chủ/tớ thuần tuý để điều khiển truy nhập bus Chức năng bảo toàn dữ liệu dựa vào phương pháp bit chẵn lẻ kết hợp với mã hoá bit

Cơ chế giao tiếp và cấu trúc khung bức điện

a Cơ chế giao tiếp

AS-i hoạt động theo cơ chế giao tiếp chủ-tớ Trong một chu kì bus, trạm chủ thực hiện trao đổi với mỗi trạm tớ một lần theo phương pháp hỏi tuần tự Trạm chủ gửi một bức điện có chiều dài 14 bit, trong đó có chứa 5 bit địa chỉ trạm tớ và 5 bit thông tin (dữ liệu đầu ra hoặc mã gọi hàm) chờ đợi trạm tớ này trả lời trong một khoảng thời gian định nghĩa trước Bức điện trả lời của trạm tớ có chiều dài 7 bit, trong đó có 4 bit thông tin Vì khoảng cách truyền dẫn tương đối nhỏ trong khi tốc

độ truyền cố định là 167 kBit/s nên thời gian một chu kì bus phụ thuộc hoàn toàn vào số lượng trạm ghép nối Tuy tốc độ truyền không lớn, nhưng thời gian một chu kì bus tối đa được đảm bảo không lớn hơn 5 ms

Về cáp truyền, AS-i qui định hai loại cáp dẫn điện thông thường (cáp tròn) và cáp AS-i đặc biệt (cáp dẹt) Trong khi cáp tròn dễ kiếm và giá thành thấp thì cáp dẹt có ưu điểm là dễ lắp đặt Đường kính lõi dây phải là 1.5 mm để đáp ứng yêu cầu cung cấp dòng một chiều tối thiểu 2A

b Cấu trúc khung bức điện

Cấu trúc bức điện của AS-i được xây dựng trên nguyên tắc đơn giản , giảm thiểu các thông tin bổ trợ để tăng hiệu xuất đường truyền Thực tế, tất cả các bức điện gửi từ trạm chủ có chiều dài cố định 14 bit và tất cả các bức điện đáp ứng từ các trạm tớ đều có chiều dài 7 bit Cấu trúc của chúng được minh hoạ như trên hình vẽ

Giữa lời gọi của trạm chủ và trả lời của trạm tớ cần một khoảng thời gian nghỉ dài 3-8 thời gian bit Bit điều khiển trong phần đầu lời gọi của trạm chủ kí hiệu loại thông báo dữ liệu, tham số, địa chỉ hoặc lệnh gọi

C SƠ ĐỒ TỔNG QUAN HỆ THỐNG

• Đầu vào đếm xung tốc độ cao 100Hz

• 4 đầu vào và 2 đầu ra tương tự

• Tích hợp cổng truyền thông USB và 2 cổng

truyền thông nối tiếp cho phép kết nối

ModBus và Serial PLC links

• Có thể nối tới 7 modul mở rộng của CPM1A

và 2 modul special I/O/CPU Bus của PLC họ

CJ1

• Thư viện Function Block hỗ trợ lập trình kết

nối PLC với điều khiển nhiệt độ, biến tần dễ dàng

• Chỉ thị số 2 giá trị LED cho phép phát hiện lỗi nhanh chóng tùy theo yêu cầu của người vận hành.

Truyền thông nối tiếp

Khả năng truyền thông nối tiếp của CP1H giờ đây trở nên linh hoạt hơn bao giờ hết với cổng USB kết nối máy tính không cần driver, 2 cổng truyền thông hỗ trợ cả RS-232C và RS-485 (tùy option board cắm thêm)

Khả năng mở rộng linh hoạt với các module mở rộng của PLC CPM và CJ1

PLC CP1H cho phép mở rộng kết nối với 7 module mở rộng của PLC CPM và có thể kết nối thêm 2 module đặc biệt của PLC CJ1 Việc điều chỉnh cấu hình vừa khớp với từng ứng dụng và kết nối lên các cấp độ mạng công nghiệp cao cấp đã được CP1H hỗ trợ một cách hoàn hảo

Kết nối tối đa 7 module I/O mở rộng của PLC CPM trực tiếp bằng jack cắp hoặc qua cáp I/O dài 0.8m Hiện nay PLC CPM đã có module mở rộng 40I/O Digital Như vậy nếu sử dụng PLC CP1H loại 40 I/O thì có thể đạt được cấu hình 320 I/O

Kết nối tối đa 2 module đặc biệt của PLC CJ1 (cần gắn thêm bộ chuyển đổi CJ Unit Adapter), bao gồm các loại như: module vào/ra tuyến tính, module điều khiển ngiệt

độ, module mạng Ethernet, DeviceNet, ControllerLink, Compobus/S master, module truyền thông nối tiếp SCU Điều này cho phép PLC CP1H giao tiếp với các loại mạng công nghiệp cấp cao khi cần thiết

PLC CP1H có thể kết nối đồng thời 7 module I/O mở rộng của PLC CPM và 2

module đặc biệt của PLC CJ1 để tạo nên một cấu hình thật sự mạnh mẽ với đầy đủ chức năng cao cấp cho một hệ thống điều khiển công nghiệp